Download (s.f.t.) a partir de roca fosforica importada y acido

UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA
OBTENCION DE FERTILIZANTES FOSFATADOS (S.F.T.) A PARTIR DE ROCA
FOSFORICA IMPORTADA Y ACIDO SULFURICO NACIONAL, ANTEPROYECTO
DE UNA FACTIBILIDAD TECNICO ECONOMICA.
ANDRES ROBERTO SOTO BUBERT
2000
UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA
OBTENCION DE FERTILIZANTES FOSFATADOS (S.F.T.) A PARTIR DE ROCA
FOSFORICA IMPORTADA Y ACIDO SULFURICO NACIONAL,
ANTEPROYECTO DE UNA FACTIBILIDAD TECNICO ECONOMICA.
ANDRES ROBERTO SOTO BUBERT
COMISION EXAMINADORA
CALIFICACIONES
Nota (n°)
(Letras)
FIRMA
PROFESOR GUIA
SR. RALPH WERKMEISTER
:
_______
____________
__________
PROFESOR CO – GUIA
SR. ABDON ZOMOSA
:
_______
____________
__________
PROFESOR INTEGRANTE
SR. DONALD KERRIGAN
:
_______
____________
__________
NOTA FINAL DE
EXAMEN DE TITULO
:
_______
____________
__________
MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE
INGENIERO CIVIL QUIMICO
SANTIAGO DE CHILE
OCTUBRE 2000
RESUMEN DE LA MEMORIA
PARA OPTAR AL TITULO DE
INGENIERO CIVIL QUIMICO
POR: ANDRES SOTO BUBERT
FECHA: 20/10/2000
PROF. GUIA: SR. RALPH WERKMEISTER
OBTENCION DE FERTILIZANTES FOSFATADOS (S.F.T.) A PARTIR DE ROCA
FOSFORICA IMPORTADA Y ACIDO SULFURICO NACIONAL, ANTEPROYECTO
DE UNA FACTIBILIDAD TECNICO ECONOMICA.
El objetivo del presente trabajo de título es estudiar el anteproyecto de factibilidad
técnico económica de una planta de fabricación de Superfosfato Triple (S.F.T.), para dar
uso al ácido sulfúrico excedente en la región central y generar un producto de alta demanda
en el mercado nacional de fertilizantes cuyo origen es actualmente importado. Ya que se
cuenta con las materias primas de los fertilizantes nitrogenados (salitreras) y potásicos
(Salar de Atacama), la elaboración de fertilizantes fosfatados en nuestro país permitiría
contar con los tres elementos esenciales necesarios para elaborar toda clase de fertilizantes.
Para elaborar superfosfato triple es necesario en primer lugar reducir el tamaño de la
roca importada mediante un proceso de molienda y cribado, hasta llegar a un tamaño que
varía entre 150 y 200 mallas. Posteriormente dicha roca pulverizada se hace reaccionar con
ácido sulfúrico concentrado proceso que dura algunas horas. Los productos principales
obtenidos son ácido fosfórico y yeso. Luego mediante procesos de filtración y evaporación
se separan ambos productos para obtener el ácido fosfórico concentrado. Dicho ácido se
hace reaccionar con roca fosfórica para generar el superfosfato en una reacción muy veloz,
el cual es posteriormente tratado para obtener condiciones de humedad y granulometría
adecuadas.
La planta técnicamente elabora 100.000 toneladas de P2O5/año de producto de
buena calidad con un contenido de P2O5 de 43,5%. La planta se ubicaría preferentemente en
la Quinta Región cerca de los puertos de Valparaíso o de San Antonio. La inversión fija
alcanza los US$ 20.243.103, siendo el proceso húmedo el más caro con US$ 11.508.068. El
capital de trabajo asciende a US$ 12.541.500. El costo de producción de la planta es muy
bajo con cifra US$ 156,79/ton S.F.T.. El principal costo de producción es el de la roca
fosfórica (compra, importación y traslado) con valor US$ 66,76/ton S.F.T.. El valor
presente neto, VPN, presenta valores muy elevados, a plazo de 15 años. De este modo a
tasas de 10% se prevé un VPN de US$ 16.983.882 y a tasas de 20% el VPN sería en el
mismo lapso de tiempo cercano a los US$ 2.916.689. La TIR es de un 24%.
La producción de superfosfato triple en el país es factible técnica y económicamente
a partir de ácido sulfúrico nacional (Quinta Región) y roca fosfórica importada.
INDICE.
Tema
Páginas
I.
Antecedentes Generales
1
I.1
Introducción.
1
I.1.1
El fósforo.
2
I.1.2
Aspectos Ambientales.
3
I.2
Los fertilizantes.
3
I.2.1
Clasificación de los fertilizantes fosfatados.
5
I.2.2
Superfosfato normal.
6
I.2.3
Superfosfato triple.
7
I.2.4
Fosfato de amonio.
8
I.3
Materias primas para elaborar superfosfato triple.
9
I.3.1
Acido sulfúrico.
9
I.3.1.1
Dióxido de azufre. (SO2).
9
I.3.1.2
Caracterización del ácido sulfúrico.
11
I.3.2
Roca fosfórica.
13
I.3.2.1
Contexto nacional.
13
I.3.2.2
Antecedentes generales de la roca fosfórica.
14
I.4
Antecedentes generales del mercado de los fertilizantes.
16
I.5
Justificación del estudio.
17
II.
Descripción general de los procesos de producción de
fertilizantes fosfatados.
19
II.1
Superfosfatos simples.
19
II.2
Superfosfatos concentrados.
21
II.2.1
Proceso húmedo (desde roca fosfórica y ácido sulfúrico).
22
II.2.2
Acido superfosfórico.
24
II.3
Proceso de horno de arco eléctrico a partir de roca fosfórica.
25
III.
Estudio de Mercado.
29
III.1
Mercado de los fertilizantes.
29
III.2
Mercado del ácido sulfúrico.
34
III.3
Roca Fosfórica.
38
IV.
Capacidad y localización de la planta.
40
IV.1
Capacidad instalada de la planta.
40
IV.2
Localización de la planta.
40
V.
Descripción detallada del diagrama de proceso de la planta.
47
V.1
Etapa de preparación de la roca.
47
V.1.1
Chancado.
47
V.1.2
Lavado y clasificación.
47
V.2
Generalidades del proceso.
48
V.3
Consideraciones previas.
50
V.4
Acidulación de la roca.
52
V.5
Concentración del ácido fosfórico.
55
V.6
Obtención del superfosfato triple.
57
V.7
Flowsheet del proceso seleccionado.
60
VI.
Balances de Masa y Energía.
65
VI.1
Balances de masa.
65
VI.1.1
Planta de chancado.
65
VI.1.2
Proceso Húmedo.
66
VI.1.3
Obtención de S.F.T.
71
VI.1.4
Corrientes reales de flujo de proceso.
73
VI.2
Balance de Energía.
76
VI.2.1
Proceso Húmedo.
76
VI.2.2
Obtención de S.F.T.
77
VI.3
Dimensionamiento de equipos principales.
79
VI.3.1
Planta de chancado.
79
VI.3.2
Proceso Húmedo.
84
VI.2.4
Proceso de obtención de obtención de S.F.T. granulado.
97
VII.
Inversiones.
107
VIII.
Costos.
109
VIII.1
Costos Fijos.
109
VIII.1.1
Mano de obra y supervisión.
109
VIII.1.2
Depreciación.
111
VIII.1.2.1
Depreciación del activo inmovilizado.
111
VIII.1.2.2
Depreciación de edificaciones.
111
VIII.1.3
Mantención.
111
VIII.1.4
Seguros.
112
VIII.1.5
Gastos generales.
112
VIII.1.6
Interés del préstamo.
112
VIII.1.7
Resumen de costos fijos.
115
VIII.2
Costos variables.
115
VIII.2.1
Inventario de materias primas.
115
VIII.2.1.1
Acido sulfúrico.
115
VIII.2.1.2
Roca fosfórica.
115
VIII.2.2
Suministros.
116
VIII.2.2.1
Energía eléctrica.
116
VIII.2.2.2
Agua de proceso.
116
VIII.2.2.3
Fuel Oil N°5.
116
VIII.2.2.4
Vapor de agua.
117
VIII.2.2.5
Envases.
117
VIII.2.2.6
Otros productos químicos.
117
VIII.2.2.7
Traslado del ácido.
117
VIII.2.2.8
Traslado de la roca.
118
VIII.2.2.9
Eliminación de desechos.
118
VIII.2.3
Resumen de costos variables.
119
VIII.3
Costo de producción.
120
VIII.4
Ingresos.
121
VIII.5
Punto de equilibrio de la planta.
121
IX.
Evaluación económica de la planta.
123
IX.1
Utilidades anuales.
123
X.
Discusiones.
130
XI.
Conclusiones.
136
Referencias.
138
Anexo A..
142
Anexo B.
145
Anexo C.
159
Anexo D.
162
Anexo E.
171
Anexo F.
173
Anexo G.
180
I.
Antecedentes Generales.
I.1 Introducción.
El hombre desde tiempos ancestrales ha tenido que buscar formas de alimentación
para sobrevivir. Sin duda que la aparición de la agricultura como fuente de suministro de
insumos alimenticios fue un gran acierto. Pero a medida que el tiempo transcurre, la
población aumenta y los sitios aptos para cultivo requieren incrementar su producción para
satisfacer las necesidades de la humanidad. Es conocido que el clima como los fertilizantes
son los factores críticos que controlan la producción y son responsables de la calidad de los
productos.
Los fertilizantes son sustancias que contienen los nutrientes esenciales responsables
del crecimiento de las plantas. El uso de los fertilizantes se conoce desde el año 500 AC
donde los Celtas y otros pueblos Europeos usaban tiza para mejorar el suelo. Los Griegos y
Romanos para estimular el crecimiento de las plantas usaban estiércol de animal. Sin
embargo el estudio de estas técnicas recién se hizo presente a mediados del siglo XVII
cuando se publica por científicos alemanes que el crecimiento de las plantas responde al
uso de algunas sustancias. En 1804 se publica un artículo que se basa en el uso de
nutrientes minerales para plantas. En 1830 se plantea que el uso de nitrógeno favorece el
desarrollo vegetal y en 1845 se descubre que tanto el potasio como el fósforo también
generan un aporte en este sentido. En 1849 se desarrolla la primera industria fabricante de
fertilizantes en Estados Unidos [7].
Hoy en día se acepta que todo suelo contiene un número de elementos químicos que
son necesarios para el crecimiento de las plantas. Los elementos más importantes son:
nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio, azufre, hierro, manganeso, cobre, zinc, boro y
en algunos casos molibdeno sin contar el carbono, hidrógeno y oxígeno que son los
constituyentes orgánicos que se encuentran en mayores proporciones. Uno de ellos, el
fósforo, es de interés ya que la agricultura no posee sustituto, siendo la fuente tradicional
disponible, la roca fosfórica. La explotación continua de los terrenos sin aplicación del
fósforo agota rápidamente las reservas de este elemento en el suelo, generando problemas
de producción y calidad.
I.1.1 El Fósforo.
El fósforo es un elemento esencial en el metabolismo de las plantas y animales. El
contenido total de P2O5 en el cuerpo humano adulto es de aproximadamente 1,6 Kg., la
mayor parte del cual se encuentra formando los huesos.
Este nutriente ingresa a la planta a través de las raíces del vegetal en forma de
aniónes derivados del ácido fosfórico como son el H2PO4- y el HPO4-2.
El fósforo es un constituyente de varios compuestos orgánicos en plantas tal como
el ácido nucleico y fosfolípidos. Una deficiencia de fósforo interfiere con la síntesis de
estos compuestos y como resultado disminuye la división celular y la producción de la
semilla. El fósforo, como los fosfatos, también actúan en el proceso de catálisis de la
reacción que genera etilalcohol y dióxido de carbono a partir de azúcares. El desarrollo de
la raíz y la madurez de una temprana cosecha son dependientes del fósforo. El fosfato se
encuentra presente en varias coenzimas; la más famosa es el adenosin trifosfato (ATP), que
transporta energía usada por un número importante de procesos bioquímicos [7].
Pequeñas cantidades de fósforo se encuentran disponibles a partir de huesos molidos
y en los depósitos de guano, principalmente en regiones áridas como los famosos depósitos
peruanos. Sin embargo, comercialmente, la roca fosfórica es la fuente principal de todos los
productos químicos fosforados. El origen de este mineral puede ser ígneo o sedimentario.
El fósforo se encuentra formando el mineral llamado apatita, el cual, cuando es puro,
contiene alrededor del 40 a 42% en peso de P2O5. En la naturaleza se encuentran dos
variedades de apatita, la cloroapatita, Ca5(PO4)3Cl y la fluorapatita, Ca5(PO4)3F. Esta última
es el mineral comercial del que dispone Estados Unidos.
A parte de Estados Unidos, los principales depósitos de roca fosfórica se localizan
en Marruecos, Túnez, Argelia, Egipto. La matriz de roca fosfórica se lava, tamiza y
clasifica para dar una fracción de –20 +35 mallas, la cual se envía a la planta de flotación.
Los concentrados se producen por flotación de espuma, empleándose agentes separadores
tales como sustancias cáusticas, aceites combustibles y ácidos grasos. Una segunda
flotación elimina la sílice mediante el uso de agentes tensoactivos catiónicos tales como
una amina de ácidos grasos de elevado peso molecular. El concentrado final contiene
aproximadamente 68 a 74% de fosfato de calcio llamado en Estados Unidos BPL (Bone
Phosphate of Lime) y puede usarse directamente en la fabricación de superfosfatos, fósforo
elemental o ácido fosfórico. La roca fosfórica se vende en el comercio tomando como base
el porcentaje de fósforo de calcio o fosfato de huesos (BPL) que se encuentra presente.
I.1.2 Aspectos Ambientales.
Algunos problemas ambientales se pueden generar a partir del uso de fertilizantes
fosfatados. En particular ellos son la Eutroficación y la acumulación de metales pesados.
La eutroficación surge como un problema de contaminación de masas de agua con
poca circulación como por ejemplo lagos o mares con poca corriente, con nutrientes de
plantas en exceso. Surge así la eutroficación, o sea, se genera crecimiento excesivo de algas
y otras plantas acuáticas. La putrefacción de estos organismos requiere mucho oxígeno, al
punto que este se agota. Los peces mueren, y la purificación biológica del agua cesa. El
contenido de P2O5 por litro debe ser menor a 0,015 mg para evitar este fenómeno. El mayor
aporte de esta clase de contaminación es por parte de los detergentes con un 45%, siendo el
aporte atribuido a los fertilizantes de un 10%.
La acumulación de metales pesados se debe a que la roca fosfórica que se emplea en
la producción del fertilizante, contiene metales pesados. Por ejemplo el Cadmio es un metal
que se encuentra en ciertas cantidades dependiendo del tipo de roca (origen). Según el
proceso de fabricación del fertilizante, se tendrá un mayor o menor grado de metales
pesados en el producto. Al agregar a los suelos los fertilizantes, dichos metales se acumulan
con el tiempo generando depósitos que son indeseados. Por tanto elaborar fertilizantes a
partir de rocas fosfóricas con bajo contenido de metales pesados es el ideal [7].
I.2 Los fertilizantes.
Las raíces vegetales pueden absorber muchos elementos minerales del medio, pero
de ellos tan solo trece son indispensables como nutrientes. Estos suelen clasificarse como
mayores y menores. Los mayores son aquellos que se requieren en cantidades significativas
en comparación con aquellos clasificados como menores que requieren tan solo pequeñas
porciones. Se presenta a continuación una descripción.
Elementos mayores:
Primarios (esenciales): Nitrógeno
(N)
Fósforo
(P)
Potasio
(K)
Secundarios: Azufre
(S)
Calcio
(Ca)
Magnesio
(Mg)
Fierro
(Fe)
Zinc
(Zn)
Manganeso
(Mn)
Cobre
(Cu)
Boro
(B)
Molibdeno
(Mo)
Cloro
(Cl)
Elementos Menores:
Los elementos mayores clasificados como primarios son en general aquellos que no
son suministrados en forma suficiente por los suelos. Los secundarios, en cambio, en
general están presentes en suficientes cantidades en los suelos. El crecimiento de los
cultivos no se ve afectado severamente por la falta de carbono, hidrógeno u oxígeno,
excepto si existen fenómenos climáticos muy adversos (sequías, heladas, mal drenaje) o
enfermedades. Sin embargo, a pesar de que los elementos esenciales, no constituyen más de
un 5% en peso de la planta fresca, son ellos los que limitan el crecimiento y producción de
las plantas al escasear uno o un conjunto de ellos en el suelo [7].
Entre los productos que se agregan al suelo hay que distinguir entre fertilizantes y
enmiendas. Cuando un producto se agrega con el objetivo de mejorar algunas propiedades
físico químicas del suelo y no para aportar los nutrientes que contiene, se denomina
enmienda. Por ejemplo la cal se aplica generalmente como enmienda a los suelos para
disminuir la acidez de estos. El caso opuesto es un fertilizante.
Para la aplicación eficiente de fósforo al suelo agrícola, es importante el pH del
suelo, pues determina la solubilidad y disponibilidad del fertilizante. En suelos muy ácidos,
con pH menor que seis, el fósforo tiende a formar complejos con el aluminio y el hierro
contenidos en la tierra, inhibiendo su disponibilidad. En un ambiente alcalino con pH
superior a 7,2 se tiende a formar fosfato tricálcico insoluble. Por tanto suelos ácidos deben
tratarse con cal previamente y los suelos alcalinos deben considerar el uso de fertilizantes
muy solubles en agua [23].
Respecto a otros fertilizantes, los fertilizantes fosfatados son menos solubles, debido
a su alta reactividad con las arcillas y materias orgánicas. Aquellos que presentan mayor
solubilidad se usan en cultivos anuales y se incorporan en general al suelo junto a la
primera aplicación de fertilizantes nitrogenados. Aquellos que poseen baja solubilidad
tienden a permanecer en el lugar de aplicación sin percolar con las aguas de riego por lo
que su uso se restringe para cultivos de varios años, permaneciendo latente en el suelo por
largo tiempo.
Dentro de los fertilizantes existe una amplia clasificación que se detalla a
continuación.
I.2.1 Clasificación de Fertilizantes Fosfatados.
Hay de distintos tipos. Ellos difieren entre sí en su
grado de solubilidad. Este es un factor muy importante ya
que el aprovechamiento que hacen los vegetales del fósforo
presente en estos fertilizantes depende justamente de esta
propiedad. Según la acidez del suelo, la clase de las plantas y
el modo de aplicación se pueden diferenciar algunos
productos de este tipo.
El grado de aprovechamiento de los fertilizantes fosfatados se suele estimar
basándose en su solubilidad en agua y ácido cítrico. De este modo, dentro del contenido
total de fósforo de un fertilizante, se debe distinguir entre aquel que es soluble en agua,
aquel que es soluble en reactivos cítricos y aquel que es insoluble en ambas situaciones
anteriores.
Sobre la base de lo anterior, se reconocen tres tipos de fosfatos, de acuerdo a su
aprovechamiento:
a) Aquellos altamente solubles en agua, como los fosfatos de aluminio y los superfosfatos.
b) Aquellos poco solubles en agua pero solubles en ácido cítrico o citrato de amonio. Entre
estos se encuentran
los fosfatos Rhenania, el fosfato dicálcico BIFOS, Escorias
Thomas y otros.
c) Aquellos poco solubles en los reactivos antes mencionados, como son los superfosfatos
naturales entre los cuales están los hiperfosfatos (fosforitas molidas) y las harinas de
huesos.
Los principales fertilizantes en el país son el superfosfato normal, el triple y el
fosfato de amonio. Se presenta a continuación algunas características de ellos [23].
I.2.2 Superfosfato normal.
La roca fosfórica es insoluble en agua, y por lo tanto el fósforo no se encuentra
disponible para uso agrícola. Si se aplica al suelo directamente roca fosfórica finamente
molida hay una lenta conversión del fósforo a una forma soluble, dependiendo de la acidez
y naturaleza del suelo. Sin embargo, por lo general, antes de que la roca fosfórica pueda
utilizarse como fertilizante es indispensable tratarla en alguna forma para convertir el
fósforo a una forma soluble.
El método clásico es el de acidulación de la roca con ácido sulfúrico para producir
superfosfato normal, reacción que puede representarse de la siguiente manera:
2Ca5(PO4)3F + 7H2SO4 + 3H2O à 3 CaH4(PO4)2·H2O + 7CaSO4 + 2HF
El sulfato de calcio se encuentra normalmente como anhidrita, y solo pequeñas
cantidades en forma de yeso, CaSO4·2H2O. Sin embargo, el fosfato monocálcico se
presenta principalmente como un hidrato cristalino.
En muchas rocas comunes, el flúor se halla en exceso al requerido por la fórmula de
la fluorapatita. Se supone que este exceso de flúor está presente como CaF2, el cual
reacciona con el ácido sulfúrico de acuerdo con las ecuaciones siguientes:
CaF2 + H2SO4 à CaSO4 + 2HF
4HF + SiO2 à 2H2O + SiF4 (g)
3SiF4 + (2 + n)H2O à 2H2SiF6 + SiO2·nH2O
El ácido fuorhídrico producido por acidulación, reacciona con la sílice para formar
un tetrafluoruro de silicio que es volátil. En un frasco lavador de gases empleando agua,
reacciona con esta para formar ácido fluosilícico y sílice en estado de gel hidratado; el
ácido fluosilícico se desecha o se recupera como fluosilicatos. En la práctica,
aproximadamente la mitad del flúor presente en la roca se desprende, el resto permanece en
el fertilizante de superfosfato [8].
I.2.3 Superfosfato Triple.
Aun cuando el ácido sulfúrico es el reactivo más barato que se puede emplear para
acidular la roca, tiene una desventaja; el P2O5
disponible en el producto es
aproximadamente del 20% debido a las grandes cantidades de sulfato de calcio que se
forman en la reacción.
Se puede obtener un producto mucho más concentrado, acidulando la roca con ácido
fosfórico para producir superfosfato triple. La reacción es la siguiente:
Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 +5H2O à 5CaH4(PO4)2·H2O + HF
Como en el caso de superfosfato normal, alrededor de la mitad del flúor se
desprende como SiF4, que se absorbe en el agua, se desecha o se convierte en fluosilicatos.
La mayor parte del superfosfato triple se fabrica empleando ácido fosfórico del
proceso húmedo porque es más barato que el ácido obtenido en el arco eléctrico. La
concentración teórica del ácido requerida para el superfosfato triple es del 88% de H3PO4.
Sin embargo, el uso de ácido a esta concentración origina reacciones colaterales
indeseables y también da reducidos rendimientos de fosfato monocálcico debido a que algo
de agua debe estar presente para que la reacción se aproxime a su consumación a una
velocidad razonable. Si el superfosfato triple no se seca artificialmente, la concentración del
ácido es normalmente de 70% a 78% de H3PO4. Esto introduce algo de humedad en el
producto final pero no la suficiente para causar problemas en el manejo. Sin embargo, si el
superfosfato triple se seca antes de embarcarse o si ha de ser subsecuentemente amoniado o
incorporado a fertilizantes mezclados, la concentración del ácido puede ser del 34% de
H3PO4.
Comercialmente, existe poca diferencia entre la fabricación del fosfato triple y el
normal, excepto que el superfosfato triple fragua más aprisa.
Dependiendo del tipo de roca y de la concentración del ácido fosfórico que se usen,
el superfosfato triple contiene de 40 a 49% en peso de P2O5 disponible. Esto representa más
del doble de la concentración en el superfosfato normal. Cuando el producto debe enviarse
a distancias considerables no hay duda que el superfosfato triple es más económico desde el
punto de vista del productor y del consumidor. En la actualidad, parece ser que existe una
tendencia al uso de fertilizantes más concentrados [8].
1.2.4 Fosfato de amonio
Existen tres tipos de fosfatos de amonio: monoamónico, diamónico y triamónico.
El primero es un fertilizante soluble con un valor nutriente doble, ya que aporta alrededor
de un 11% en nitrógeno y un 48% en P2O5. Se obtiene a partir de la neutralización de
amoníaco con ácido fosfórico. Su fórmula química es NH4H2PO4. Por su contenido
amoniacal genera un efecto ácido en el suelo.
El fosfato diamónico por su parte, posee un 18% de N y un 46% de P2O5 y tiene por
fórmula química (NH4)2HPO4. Es el más soluble de todos y su contenido en fósforo es
totalmente aprovechable. Es de carácter ácido. Se fabrica a partir de solución
monoamónica, ácido fosfórico y amoníaco.
El tercer y último caso es el triamónico, pero su uso no es común como fertilizante.
Su fórmula química corresponde a (NH4)3PO4.
I.3 Materias Primas para elaborar superfosfato triple.
I.3.1 Acido Sulfúrico.
El azufre existe en la atmósfera en 3 formas: SO2, H2S y sulfato (aerosol).
Sus principales fuentes de contaminación son: los carburantes fósiles (SO2). Entre
ellos los productos de carbón poseen 3% de azufre y los derivados del petróleo 0,03%. Los
procesos biológicos, principalmente en zonas costeras aportan H2S, al igual que la
descomposición de productos orgánicos. La tostación de minerales sulfurados aporta SO2.
Esta clase de contaminación acarrea problemas los cuales se mencionan a
continuación.
I.3.1.1 Dióxido de Azufre (SO2).
a) A la salud del ser humano: Produce irritación en el tracto respiratorio por ser soluble
en fluidos del cuerpo, su acción es aguda; datos de laboratorio revelan que el SO2
inhibe los movimientos ciliares en el tracto respiratorio, lo cual explica una mayor
facilidad de infección de las vías respiratorias ya que estos son los encargados de
limpiar esta zona de microorganismos y partículas tóxicas. Caso típico es el de la
neblina de Londres de 1952 (5-8 de Diciembre) que causó un aumento de 3500-4000
defunciones sobre el valor normalmente previsto; esta niebla presentaba altos niveles de
partículas y SO2. Las ecuaciones que pueden describir el fenómeno son:
SO2(g) + H O ßà SO2(ac.)
(Sucede a alta velocidad)
SO2 +1/2 O2 ßà SO3
(Reacción muy lenta en el aire)
SO2(ac.) + H2O ßà H2SO3
(Formación de ácido sulfuroso)
SO3 + H2O ßà H2SO4
(Formación de ácido sulfúrico)
b) A la salud de animales: Sobre 100-500 [ppm] los expone con mayor facilidad a
infecciones.
c) Daño a los vegetales: Se produce daño a la célula de la hoja, esta destruye la clorofila
(color marfil) en otros casos, el tejido de las hojas toma coloración café (coloración,
clorósis, necrosis), además puede producir daños ocultos, los cuales se traducen en la
afección de la fotosíntesis levemente, el crecimiento, la productividad e incluso la
sobrevivencia de la planta. La explicación del mecanismo se puede explicar del
siguiente modo: El SO2 entra a las hojas como gas y actúa sobre las células; las plantas
según tipo y edad poseen una tolerancia límite. Si se sobrepasa dicho límite, el vegetal
no alcanza a desintoxicarse del SO2 o sulfato lo que generan el desplome. Entre las
más sensibles se hallan la alfalfa, la cebada, el algodón y el trigo; las más resistentes
serían las papas, cebolla y maíz.
En ambientes con concentración menor a 100 [ ìg/m³] no se ve afectada ninguna
especie. En concentraciones de 300 a 700 [ ìg/m³] el daño en las hojas se manifiesta
(785 [ ìg/m³] durante 8 hrs produce manchas en las hojas y clorósis). La explicación se
apoya en el hecho de que las plantas basan su ruta metabólica en la participación del
ácido glicólico el cual se asocia a los procesos de fotorrespiración de estos vegetales;
en presencia de SO2 esta ruta metabólica se ve afectada.
d) En materiales (exceso de 200 [ppm]):
1) Metales: Los fierros y aceros en ambientes húmedos aceleran su corrosión por la
presencia del SO2 al igual que el Aluminio que desprende un polvo blanco
Al2(SO4)2*18H2O (Se observa formación muy rápida de H2SO4 en la superficie del
material a partir de SO2 por la presencia de la humedad), cosa que en el cobre produce
un recubrimiento verdoso (sulfato de cobre CuSO4) y en el níquel produce sulfato de
níquel. Para el cobre se tiene:
Cu + 2 H2SO4 à CuSO4 +2 H2O + SO2
2) Las piedras carbonatadas, piedra caliza y mármol se desgastan con gran facilidad; los
textiles como el algodón, la lana, el nylon e incluso materiales como el cuero absorben
SO2 y lo traducen incluso en ácido sulfúrico al hidratarse. El papel también sufre por
poseer impurezas de metales en su fabricación volviéndose quebradizo y poco plegable.
I.3.1.2 Caracterización del Acido Sulfúrico.
El ácido sulfúrico puede resultar muy tóxico en altas concentraciones, afecta las vías
respiratorias al punto de producir hemorragia pulmonar. Sobre 0,06 [ppm] empiezan los
problemas en seres humanos.
El ácido sulfúrico es el reactivo químico más usado en el mundo. Es un reactivo
muy utilizado por ser un ácido fuerte y un agente oxidante. Entre sus principales usos se
encuentran la fabricación de fertilizantes (superfosfatos). También se utiliza en la
potabilización de agua, para producir sulfato de aluminio a partir de bauxita. Otro uso es en
la fabricación de detergentes (sulfonación de dodecilbenceno). En la industria papelera
tiene relación con la producción de pulpa de papel. En metalurgia se utiliza en el decapado
de metales. También a partir de este se puede fabricar una serie de sulfatos, entre ellos, el
de cobre (agro fito sanitarios), cromo (curtido de cueros) y aluminio (agua potable,
curtiembre, industria del papel y para producir sales de aluminio). Se aplica además en una
serie de procesos químicos, de refinación y producción de baterías.
El ácido sulfúrico fumante u OLEUM, es una disolución de anhídrido sulfúrico
(SO3) en ácido sulfúrico 100% (H2SO4). La producción se realiza en una instalación
complementaria de la unidad productora de ácido sulfúrico 98%. Las propiedades de este
ácido se presentan a continuación. Este ácido puro, es líquido a temperatura ambiente;
presenta una afinidad extremadamente grande por el agua y forma diversos compuestos o
hidratos, como H2SO4·H2O y H2SO4·2H2O. Concentrado es extremadamente corrosivo. Su
dilución desprende una cantidad de calor no despreciable. Alrededor de 800 KJ de calor se
liberan por un mol de ácido sulfúrico se diluye en agua. Para diluir el ácido concentrado, se
debe agregar este en forma de chorro muy delgado al agua con agitación constante.
El ácido sulfúrico comercial contiene cerca de 93% de H2SO4 en peso siendo el
resto agua. Es un buen agente deshidratante y en soluciones acuosas diluidas, es un ácido
fuerte que se disocia en agua completamente generando un ion de sulfato de hidrógeno. Su
acidez sin embargo depende de la concentración. Esta propiedad le otorga reactividad con
los metales y sus óxidos. A temperatura ambiente es un oxidante suave, pero concentrado y
caliente su acción es bastante agresiva.
Respecto a sus características físico químicas se presentan los datos más relevantes
a continuación:
Datos Físico Químicos [12]:
a) Peso molecular: 98 gr/mol
b) Punto de ebullición a 760 mm Hg: 270 °C
c) Peso específico: 1,84 gr/cc
d) Punto de fusión: 3°C
e) Presión de vapor a 20°C: 0,001 mm Hg
f) Miscibilidad en agua a 20°C: miscible en todas proporciones.
g) Condiciones que le otorgan inestabilidad: no hay.
h) Reactividad violenta: con materiales orgánicos tales como carburos, cloratos,
fulminatos y pieratos, puede fabricar incendios y explosiones. En contacto con
metales puede liberar emanaciones tóxicas de SO2 y H2(g) inflamable.
i) Al descomponerse puede liberar gases tóxicos como CO, SO2 o vapores de
ácido según sean las condiciones químicas o los reactivos presentes.
j) Algunos plásticos, caucho y revestimientos pueden ser descompuestos por la
presencia de este ácido.
La mayor parte del ácido sulfúrico es usado por la industria fertilizante para
convertir rocas fosfatadas a fosfato soluble. Estas rocas se pueden representar
químicamente por la fórmula Ca3(PO4)2.
La reacción que ocurre es la siguiente:
Ca3(PO4)2(ac) + 2H2SO4 à 2CaSO4 + Ca(H2PO4)2(ac)
El producto de mezcla que contiene dihidrógeno de calcio fosfato soluble,
Ca(H2PO4), es secado, pulverizado y vendido como fertilizante superfosfato.
I.3.2 Roca Fosfórica.
I.3.2.1 Contexto Nacional.
La principal fuente de materias primas para la producción de fertilizantes fosfatados
es la fosforita.
En Chile existe un yacimiento de fosforita sedimentaria en Mejillones, que es de
origen marino. También hay yacimientos en Bahía Inglesa, en Bahía Salado y en el sector
costero desde Carrizal Bajo hasta Punta de Sarco. El fosfato se encuentra mezclado con
arcilla y calcita. El contenido estimado de P2O5 es de 7,1 % por tanto de ser utilizada
debería ser beneficiada. La alternativa de producción de superfosfato triple a partir de este
insumo se analizó en un tema de memoria, sin embargo, el proyecto nunca se llevó a cabo.
El mineral de tipo fosforita no difiere cristalinamente de las apatitas. Generalmente
se presenta en masas fibrosas compactas o en forma de nódulos. En general son minerales
de baja ley, los cuales contienen muy poco o nada de flúor y en los que el óxido de calcio
(CaO) no está distribuido en forma regular a través de la estructura, como ocurre en el caso
de la apatita. Sin embargo, en muchos casos la diferencia entre apatita y fosforita no es
precisa, siendo la estructura de ambas, a menudo muy similar.
Materia prima importada puede tener un alto contenido de P2O5 como se indica en
la tabla I del anexo A. El porcentaje alcanza cerca de un 30% de P2O5 para los tres
minerales presentados. A pesar que los costos de importación de fosforita son mayores en
esta segunda alternativa, es una posibilidad interesante y en ella se centra el trabajo
realizado en esta memoria.
I.3.2.2. Antecedentes Generales de la Roca Fosfórica.
En el ámbito mundial, un 85% de la roca fosfórica se usa en la producción de
fertilizantes, incluyendo su aplicación directa al suelo.
La roca fosfórica comercial puede ser expresada según su contenido de P2O5; el
rango usual porcentual de éste va entre el 28% y el 38%. En los últimos años el promedio
mundial del porcentaje de P2O5 de las rocas fosfóricas comerciales usados para producción
va entre el 32,5% y el 32,7%.
El grado de P2O5 es comúnmente expresado en términos del fosfato de tricalcio,
conocido en el comercio como limaduras de fosfatos de huesos “bone phosphate of lime
(BPL)”. Los factores de conversión son:
P2O5 à BPL * 0,4576
BPL à P2O5 * 2,1852
Mientras mayor es el contenido de BPL o P2O5, mayor será el contenido de fosfato
del mineral. El precio de la roca varía principalmente según el grado de P2O5 o BPL, la
ubicación, costos en las faenas mineras y procesos de beneficio, calidad del producto y
factores medioambientales. Además el valor de los depósitos es relativo según la
composición que estos presentan; los depósitos de fosfato presentan cantidades relativas de
otros minerales.
Los componentes más comunes son sílice que se presenta como cuarzo,
cristobalita, algunas formas de silicatos y/o carbonatos como calcita o dolomita.
Muchos países exportan roca, pero los principales son E.E.U.U. y Marruecos.
La roca fosfórica puede ser clasificada de acuerdo a su origen como sedimentaria,
metamórfica o ígnea. Cerca del 85% de la roca usada industrialmente posee origen
sedimentario, el resto es mayoritariamente ígneo.
Existen dos clases de fosfatos: apatíticos y alúminos. Las apatitas son rocas
fosfatadas que contienen fluorapatita como principal apatita dentro de la clasificación
comercial. La fórmula de la fluorapatita pura es Ca10F2(PO4)6. Sin embargo fluorapatita
pura raramente se encuentra. La estructura de la apatita es responsable de muchas
sustituciones siendo las más comunes Mg, Sr y Na por Ca; OH y Cl por F; As y V por P y
CO3 + F por PO4.
Un gran porcentaje de la roca sedimentaria cae en este grupo llamado francolita o
apatitas carbonatadas. Lehr y McClellan propusieron una fórmula empírica para el grupo
de la francolita [10]:
Ca10-a-bNaaMgb(PO4)6-x(CO3)xF0*4xF2
Donde ‘a’ representa la sustitución molar
de Na por Ca, ‘b’ representa la
sustitución molar de Mg por Ca y ‘x’ es la sustitución molar de CO3 y F por PO4.
Los autores demostraron que si ‘x’ aumenta, la reactividad aumenta. Los valores de
‘x’ van en el rango de 0 a 1,2 en roca fosfórica comercial. El contenido de P2O5 en
fluorapatita pura es de 42,2%. Si se lleva al valor máximo encontrado la sustitución
aumentando el grupo carbonato en desmedro del fosfato, el contenido de P2O5 llega a un
valor mínimo de 34%.
Un número significativo de rocas fosfóricas presenta la sustitución del grupo OH
por F. Ejemplos de esta situación son las rocas de Nauru, Islas Christmas, Curazao y las
apatitas ígneas brasileñas. Estas últimas rocas son deficientes en flúor.
Los aluminofosfatos principales son la Crandalita, la Milisita y la Wavelita. Sus
composiciones típicas son:
Wavelita:
4AlPO4*2Al(OH)3*9H2O
Crandalita:
CaO*2Al2O3*P2O5*5H2O
Milisita:
2CaO*Na2O*6Al2O3*4P2O5*17H2O
Al igual que las apatitas, varias sustituciones son posibles pero Fe por Al es la más
común.
Esta clase de rocas fosfóricas contribuye solo en un pequeño porcentaje al uso
mundial. Sin embargo se utilizan en la manufactura de
fertilizantes por técnicas
nitrofosfatadas y en otros casos por directa aplicación tras calcinación. Estos fosfatos son
minerales poco abundantes en comparación con las apatitas.
I.4 Antecedentes generales del mercado de los fertilizantes.
En el mundo, la producción de roca fosfórica (fosforita) alcanzó para el año 1996
los 141,307 millones de toneladas métricas. Los principales productores mundiales por
continente son: por Africa, Marruecos con 20,792 millones de toneladas; por América,
Estados Unidos, con 44,663 millones de toneladas; por Asia, China con 29 millones de
toneladas métricas; otro productor destacado es la ex USSR. Europa y Oceanía si bien
producen fosforita, sus aportes son menores. En el contexto sudamericano, la producción
alcanzó los 4,159 millones de toneladas métricas y los países productores para este año
fueron Brasil, Colombia, Perú y Venezuela, destacando Brasil con 3,823 millones de
toneladas. Chile produce una cantidad despreciable de fosforita pero sin embargo consume
una cantidad apreciable de ella. En 1997 importó 112000 toneladas métricas, de las cuales
se consumieron 82000 toneladas métricas. Obviamente las exportaciones de este producto
son despreciables.
En 1999, Chile importó 213396 toneladas de superfosfato equivalentes a un valor
CIF de 36,6 millones de dólares. Sin duda que esta cifra no es insignificante. Así esta clase
de productos es considerada como uno de los principales productos de importación si se
analiza respecto a su rubro.
I.5 Justificación del estudio.
Según la FAO la población mundial era de 4,8*109 habitación en 1985 y fines del
año 2000 llegará a 6,2*109 habitantes. El crecimiento depende especialmente del desarrollo
de los países. Se estima que al año aumenta en un 2%.
La producción de alimentos comparado con el crecimiento de la población se apoya
en un incremento en la producción de cereales de 1019*106 ton en 1965 a 1842*106 ton en
1985. Esta característica se da en todos los lugares del mundo.
En Sudamérica sin embargo, el ritmo de crecimiento de la población ha sido rápido
si se compara con la producción de alimentos. A pesar que con el tiempo se han dispuesto
mayores cantidades de terrenos para las faenas agrícolas, la producción aún está por debajo
del óptimo. Las tendencias a un mayor consumo de fertilizantes fosfatados concentrados en
Latinoamérica y en nuestro país, en particular de superfosfato triple, nos hacen pensar en
buscar la razón por la cual es de origen importado.
Dada la condición de mercado de los fertilizantes fosfatados en Chile, analizar la
posibilidad de fabricar este producto no solo es una idea atractiva, sino que claramente es
una opción prioritaria. La idea de contar con una industria de este tipo en el país, resulta
interesante pero debe evaluarse este proyecto para ver si la intuición presenta un soporte
técnico y económico. En nuestro país existe una planta instalada (COSAF) para producir
fertilizantes fosfatados pero cesaron sus funciones en 1976 por razones técnico económicas.
Nunca esta planta operó mas allá del 50% de su capacidad instalada. En ese tiempo el alto
precio de la roca y del azufre generó la quiebra. La posibilidad de implementar una planta
que permita fabricar S.F.T. dadas las condiciones actuales de mercado es el objetivo que
persigue esta memoria.
Del punto de vista de los insumos que se deben utilizar en la fabricación de
superfosfato triple, el ácido sulfúrico y la roca fosfórica son los de mayor interés dado que
se utilizan en el proceso por vía húmeda que sería el más apropiado para generar esta clase
de producto.
El ácido sulfúrico es uno de los insumos en la fabricación de fertilizantes fosfatados
por vía húmeda. En Chile, debido a las diversas faenas mineras [19], se producen óxidos de
azufre, los que, debido a su alto nivel de toxicidad son normados ambientalmente no
pudiendo propasar un valor de emisión. Por esta razón, las empresas se ven obligadas a
abatir este posible tipo de contaminación, instalando plantas auxiliares destinadas a este fin.
Obtienen así como subproducto ácido sulfúrico o bien azufre elemental [28].
El año 1999 se exportaron un total anual de 132600 toneladas con un valor FOB de
1493000 dólares. De este modo encontrar una utilidad del producto en el país en
producción de fertilizantes es interesante.
Respecto a la roca fosfórica, su origen sería extranjero. En dos trabajos de tesis, se
analizó la posibilidad de utilizar la fosforita nacional de Mejillones, la cual posee bajo
porcentaje en fósforo, pero a pesar de presentar resultados positivos de factibilidad técnico
económica, CORFO decidió no realizar el proyecto. Por tanto utilizar roca fosfórica
importada con mayor contenido en fósforo es una alternativa distinta y digna de análisis.
II.
Descripción General de los procesos de producción de fertilizantes fosfatados.
Hay dos tipos básicos de procesos para la producción de
ácido fosfórico: el proceso húmedo y el de horno (eléctrico o
a presión). De estos dos últimos el eléctrico sigue vigente
pero su función es producir azufre elemental y a partir de
esto generar ácido fosfórico. Este ácido sin embargo no se
aplica para elaborar fertilizantes. El proceso húmedo se usa
para elaborar ácido fosfórico y generalmente el producto se
destina a la fabricación de fertilizantes. Existen tres ácidos
principalmente con los cuales se puede elaborar el ácido
fosfórico, estos son el sulfúrico, el nítrico y el clorhídrico.
Los procesos que usan nítrico se designan por
“nitrofosfatos”. Aquellos que usan clorhídrico no son
competitivos en el mercado. Los procesos que usan ácido
sulfúrico son los más comunes y por tanto se verán con
mayor detalle [14].
Los fabricantes de fertilizantes son los principales
consumidores de azufre (en forma de ácido sulfúrico), de la
industria de fertilizantes. La fosforita es prácticamente
insoluble en la mayoría de los suelos, a menos que el mineral
esté finamente triturado y la acidez del suelo sea la
apropiada. Por ello se usa un ácido mineral para disolver la
fosforita y convertirla en fertilizante. En el anexo A tabla I se
presentan los principales procesos a partir de roca fosfórica.
II.1 Superfosfatos Simples.
Los primeros métodos de fabricación consistían en mezclar a mano minerales
fosfatados con ácido sulfúrico, dejando reposar la mezcla en una cámara o depósito. Tras
un período de curado apropiado, la masa sólida se sacaba a mano. Los procedimientos
modernos se basan en el mismo principio, aunque se utilizan métodos semicontinuos o
continuos de acidulación y métodos mecánicos de manipulación, por razones de economía
y uniformidad del producto [16].
Además de fosfato cálcico las fosforitas contienen con frecuencia carbonato cálcico,
compuestos de hierro y aluminio, arcillas y otras sustancias orgánicas. Estas impurezas
deben reducirse hasta límites apropiados antes de comenzar la fabricación del fertilizante,
para que la calidad del producto sea aceptable y el consumo de ácido sulfúrico y de otros
elementos de elaboración sea mínimo. Por ello con frecuencia las fosforitas se lavan y
desoxidan por flotación u otros medios antes de ser utilizadas. Las cantidades considerables
de carbonato cálcico o de sustancias orgánicas deben ser eliminadas por calcinación o
tratamientos químicos, para facilitar la elaboración.
Las reacciones entre el ácido sulfúrico y la fosforita son complejas, pero
cuando el superfosfato simple se fabrica en condiciones normales, pueden resumirse
empíricamente así:
(PO4)F2Ca10 + 7H2SO4 à 3(H2PO4)2Ca + 7CaSO4 + 2HF
El proceso es el siguiente:
Figura 1: Fabricación de superfosfato simple por método continuo.
El HF obtenido reacciona con la sílice contenida en casi todas las fosforitas de la
manera siguiente:
6HF + SiO2 à F6SiH2 + 2H2O
La reacción general entre el hierro y otras impurezas similares, como el aluminio
que contiene la fosforita, es la siguiente:
Fe2O3 + 2H3PO4 à 2FePO4 + 3H2O
Estos fosfatos son insolubles en agua, por lo que es importante utilizar fosforita de
gran pureza para obtener un alto rendimiento de fosfatos hidrosolubles.
Si la fosforita contiene también carbonato cálcico, este reaccionará inútilmente con
el ácido sulfúrico y producirá anhídrido carbónico capaz de perturbar también la
elaboración; por ejemplo:
CaCO3 + H2SO4 + H2O à CaSO4·2H2O + CO2
Es evidente que para producir superfosfatos simples de alta calidad, es necesario
emplear fosforita rica, de pocas impurezas y gran reactividad. Es también importante
seleccionar la proporción adecuada de ácido y de mineral. La insuficiencia de ácido hará
que parte del P2O5 del mineral quede en forma insoluble en el agua, en tanto que el exceso
de ácido derrochará este material y hará que el fertilizante después de ensacado, corroa los
sacos de fibra o de papel, a no ser que se neutralice mediante una sustancia alcalina
apropiada.
Durante la fabricación y después de ella se desprenden vapor de agua y gases que
contienen flúor. El producto curado contiene normalmente de un 6% a un 10% de humedad.
Los superfosfatos simples son fundamentalmente mezclas de fosfato monocálcico, yeso y
varias impurezas, con cierto grado de humedad. La concentración del P2O5 soluble en el
agua oscila normalmente entre el 16 y el 20%.
II.2 Superfosfatos Concentrados.
La presencia de yeso en el superfosfato simple hace que se obtenga un fertilizante
fosfatado pobre, de modo que es posible aumentar el contenido de P2O5 desde un 20%
hasta cerca de un 50% eliminando el yeso del producto. Esto se logra obteniendo primero
ácido fosfórico y haciéndolo después reaccionar con la fosforita para producir
superfosfato concentrado o triple (SPT). En la tabla I, anexo A, se presenta la
composición de la roca fosfórica utilizada en la producción de superfosfato triple.
El ácido fosfórico puede fabricarse por dos procesos, el proceso húmedo y el
proceso térmico o del horno eléctrico. El ácido producido por el método húmedo es más
barato pero resulta bastante impuro; se usa principalmente en la fabricación de
fertilizantes y en aquellos productos químicos donde la pureza no es importante. El ácido
producido en el horno eléctrico es más caro pero mucho más puro y puede producirse
partiendo de roca fosfórica de bajo grado. El empleo principal de este ácido es para la
fabricación de productos químicos y, en particular, sales del ácido fosfórico que se
requieren en las industrias alimenticias y de detergentes [7].
II.2.1 Proceso húmedo (desde roca fosfórica y ácido sulfúrico).
El proceso húmedo produce ácido fosfórico por la acción de ácido
sulfúrico sobre roca fosfórica acompañada por la precipitación de sulfato
de calcio. La solución resultante de ácido es separada del precipitado de
yeso por filtración y luego se concentra mediante evaporación.
Inicialmente la roca fosfórica es molida. La roca con tamaño adecuado se mezcla en
uno o múltiples tanques donde se hace reaccionar con ácido sulfúrico diluido y con
suficiente ácido fosfórico que se recicla de etapas posteriores de filtración y lavado para
producir una solución de 55% de ácido sulfúrico. En los tanques múltiples el ácido es
recirculado manteniendo así la temperatura uniforme en los distintos reactores. En el fondo
de los reactores se agita por medio de propulsores o turbinas de modo tal que la pulpa posea
un buen mezclado y no se destruyan los cristales de sulfato de calcio ya formados. El calor
de la reacción es removido por medio de aire frío o por un evaporador flash bajo vacío. En
ambos casos el vapor de agua y las impurezas gaseosas son llevadas a un absorbedor donde
el ácido fluosilícico (H2SiF6) es recuperado rociando agua sobre los gases.
Usualmente la digestión del ácido necesita de 4 a 8 horas a 75 u 80°C. El propósito
de una agitación adecuada (para tiempos de reacción uniformes) y un buen control de
temperatura es lograr una producción uniforme, fácil filtración y de lavado simple para los
cristales de sulfato de calcio (yeso).
Si la temperatura fuera muy alta, anhidrita podría formarse y después hidratarse
después y tapar las tuberías. La pulpa del digestor pasa a un filtro horizontal, rotatorio de
vacío, donde el ácido fosfórico de 30 a 35% de P2O5 es removido de la torta. Este tipo de
filtro permite separar los licores por el lavado progresivo en platos incrementando la
recuperación y minimizando la dilución. El polipropileno es la tela del filtro remendado. La
torta de yeso se lava (dos o más veces) con agua residual y van a un estanque desde donde
el agua se bombea de vuelta a la planta [14].
El ácido filtrado es evaporado hasta la concentración deseada, usualmente un 54%
de P2O5. Evaporadores de circulación forzada provistos de intercambiadores de calor son
los más comúnmente usados. El contenido de flúor en compuestos puede ser recobrado
desde una cámara de condensado flash.
El proceso es el siguiente:
Figura 2: Proceso de fabricación de ácido fosfórico por vía húmeda.
La eficiencia del ácido fosfórico es del 95% respecto a la siguiente reacción:
Ca10F2(PO4)6 + 10H2SO4 + 20H2O à 10CaSO4·2H2O +2 HF + 6H3PO4
Esta última ecuación sin embargo se puede abordar con mayor detalle ya que el
sulfato de calcio puede estar hidratado y no de forma única como se muestra en la siguiente
ecuación:
Ca10F2(PO4)6 + 10H2SO4 + 10nH2O à 10CaSO4·nH2O +2 HF + 6H3PO4
Donde ‘n’ puede tomar los valores 0, ½ y 2. Esta última ecuación se obtiene como
resultado de dos etapas. En una primera etapa, el ácido fosfórico reacciona con la apatita
formando fosfato monocálcico y en una segunda etapa este fosfato monocálcico reacciona
con ácido sulfúrico para formar ácido fosfórico y sulfato de calcio. Para estas dos etapas no
necesariamente se utilizan dos reactores, sino que al contrario lo más común es el uso de un
solo reactor que permita ambas situaciones simultáneamente.
La roca fosfórica contiene un gran numero de impurezas, lo que genera un gran
número de reacciones paralelas a la principal. Muchas rocas contienen una relación
CaO/P2O5 mayor que el de la fluorapatita pura. Esto genera un mayor consumo de ácido
sulfúrico formando mayor cantidad de sulfato de calcio. Además el HF formado, reacciona
con la sílice y otras impurezas (Na, K, Mg y Al) generando
fluosilicatos y otros
compuestos más complejos. Según las condiciones de proceso y el tipo de roca empleada,
es la fracción de estos compuestos generados que son volatilizados.
II.2.2 Acido Superfosfórico.
Dos o más moléculas de ácido fosfórico pueden perder agua para formar polímeros
de bajo peso molecular de acuerdo con la siguiente reacción:
H3PO4 + H3PO4
(ácido ortofosfórico)
ßà
H2PO3-O-H2PO3 + H2O
(ácido pirofosfórico)
Aún a concentraciones de ácido menores del 100% de H3PO4, se hallan presentes
algunos de los polímeros de peso molecular más elevado en cantidades que están en
equilibrio en soluciones concentradas. Por ejemplo, a 95% de H3PO4, aproximadamente un
tercio del ácido ortofosfórico se encuentra convertido a la forma nonorto. Esta mezcla de
ácido ortofosfórico, pirofosfórico y sus polímeros se conoce como “ácido superfosfórico”.
El ácido superfosfórico puede prepararse fácilmente a partir del fósforo elemental,
ya que solo es necesario limitar la cantidad de agua que se añade al P2O5. Sin embargo, se
conoce la posibilidad de producir ácido superfosfórico a partir del proceso húmedo. Esto
puede hacerse ya sea empleando proceso de combustión sumergida o por el uso de
evaporación convencional al vacío a temperaturas aproximadas de 177°C para producir
H3PO4 de 95 a 100% de concentración.
El ácido superfosfórico posee tres ventajas sobre el ácido diluido. Primero,
involucra sin lugar a dudas un ahorro por concepto de transporte [27]. En segundo lugar, la
tendencia a producir fertilizantes de alto análisis ha creado la demanda de ácidos más
concentrados. En tercer lugar, los polímeros del ácido fosfórico tienen la capacidad de
adherir sólidos que de otra forma precipitarían de la solución. Por su puesto, esta es la base
del uso de los fosfatos en la industria de los detergentes para ablandar el agua dura. Así,
concentrando el ácido del proceso húmedo a las concentraciones de superácido, las
impurezas de hierro y aluminio y algunas otras no precipitarán, aún cuando se emplee
amoniación; por lo tanto, este ácido puede emplearse directamente para aplicaciones de
fertilizante líquido y algunas otras donde otras donde solamente es posible usar ácido
producido en el horno eléctrico que es más caro.
II.2.3 Proceso de horno de arco eléctrico a partir de roca fosfórica.
El proceso de horno eléctrico se basa en el hecho de que la sílice tiene propiedades
de ácido fuerte a temperaturas elevadas. Si una mezcla de roca fosfórica, sílice y carbón se
calienta a temperatura suficientemente alta, la sílice puede reemplazar al radical fosfato
para formar un silicato de calcio, y el fósforo elemental puede destilarse de la mezcla
reaccionante.
En este proceso la roca fosfórica es reducida a fósforo elemental por la acción de
coke y calor en presencia de arena. Luego se oxida con aire a pentóxido de fósforo y
enseguida por hidratación se logra ácido fosfórico.
En detalle, la roca fosfórica es transformada por un horno donde es nodulizada para
facilitar el escape de los vapores de fósforo en el horno eléctrico y prevenir la entrada de
polvo o finos que contaminen el vapor. El material crudo es clasificado según tamaño y los
finos son retornados al horno. El coke y la arena se unen y la mezcla es dirigida al horno
eléctrico. Aquí se encuentran tres electrodos de carbono que cuelgan y que se hallan
conectados a corriente alterna trifásica. La sílice reacciona con la roca a temperaturas sobre
los 1200°C (en general se usa 1315°C) para liberar pentóxido de fósforo, que es reducido a
fósforo elemental por medio del coque incandescente. La escoria y el ferrofósforo se
colectan en el fondo del horno y periódicamente se eliminan mediante una purga.
Generalmente la roca fosfórica posee impurezas, donde cerca de un 20% de flúor presente
en la roca también reaccionará, según la siguiente ecuación:
2CaF2 + 3SiO2 à SiF4 + 2CaSiO3
El hierro y el aluminio presentes en la roca fosfórica serán convertidos a los
correspondientes silicatos; además, se obtienen alrededor de 0,09 toneladas de ferrofósforo
como subproducto por tonelada de fósforo producido.
Los gases del horno, fósforo y monóxido de carbono, son retirados del horno por
medio de un ventilador. Luego se oxidan ambos gases uno a pentóxido de fósforo y el otro
a dióxido de carbono por medio de una cámara de combustión. Enseguida los gases pasan a
una torre empacada donde reciben un rocío con agua, donde se forma una niebla de ácido
fosfórico y de ahí pasa a un precipitador electrostático (en general se usan tres) de grafito
(resistente a la acción del ácido fluorhídrico) para remover cualquier resto de ácido
fosfórico. Los gases de escape de la torre son principalmente monóxido de carbono. El
ácido fosfórico crudo (85%) es generalmente purificado con arsénico por acción de sulfuro
de hidrógeno. Según las condiciones, el ácido puede ser purificado de impurezas tales como
sales de calcio por medio de adición de ácido sulfúrico quien las precipitaría. El ácido
fluorhídrico puede ser removido por adición de polvos de sílice. Usualmente estos pasos
tienen lugar antes de remover el arsénico. Cualquier material en suspensión, sílice, sulfato
de calcio o trisulfuro de arsénico, se elimina pasando el ácido por un filtro de arena. El
ácido de 85% puede luego ser diluido en agua hasta un 50%.
El proceso es el siguiente:
Figura 3: Producción de SFT por horno de arco eléctrico.
Las reacciones que describen el proceso son:
2Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10C à P4 + 10CO + 6CaSiO3
P4 + 10CO +10O2 à2P2O5 +10CO2
2P2O5 + 6H2O à 4H3PO4
La reacción general es:
Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C + 5O2 + 3H2O à 3CaSiO3 + 5CO2 + 2H3PO4
El rendimientodel fósforo es aproximadamente de 87 al 92% de la cantidad presente
en la roca. Más de la mitad del fósforo restante se combina con el hierro para formar
ferrofósforo que es un subproducto valioso. En algunas condiciones, la escoria de silicato
de calcio puede también encontrar mercado. El consumo potencial es aproximadamente de
12000 a 13000 Kw Hr/Ton de fósforo producido. Este es el factor de costo más importante
del proceso, por lo cual una fuente de electricidad barata es esencial para que el proceso sea
económico [14].
III.
Estudio de Mercado.
El objetivo de este estudio es señalar el comportamiento que ha tenido el mercado
de los fertilizantes fosfatados en el país en los últimos años, con el fin de determinar el
producto más conveniente a producir, pronosticar la posible situación del producto en el
futuro y determinar en que cantidad sería adecuada fabricarlo. Además se incluye la
situación de mercado de las principales materias primas involucradas en el proceso de
producción.
III.1. Mercado de los fertilizantes.
En nuestro país se fabrican fertilizantes fosfatados aunque la cantidad está lejos de
cubrir la demanda nacional. El año 1996 se produjeron 4000 toneladas de superfosfato
simple, cifra que coincide con el consumo en nuestro país de este producto (anexo B, tabla
XII). Este es el único producto de superfosfato elaborado en Chile. Las importaciones ese
año alcanzaron las 171067 toneladas de fertilizantes fosfatados; de esto 98452 tmn
corresponden a SPT y 72615 a fosfatos de amonio. En 1997 el total importado fue de
195000 tmn de fertilizantes fosfatados (anexo B, tabla I). Según otra fuente de información
el valor para este año es de 163558, para 1998 es de 224163 y para 1999 es de 213396,292
tmn (anexo B, tablas XI y XII). Sin lugar a dudas a pesar de las discrepancias entre las
fuentes de información, las importaciones de fertilizantes han aumentado en nuestro país.
De estas importaciones, los principales fertilizantes fosfatados son el superfosfato
triple o concentrado y el fosfato de amonio. En el anexo B, se presenta la tabla I que señala
las cantidades importadas de ambas sustancias en los últimos años en Chile.
Observando la tabla I, anexo B, es mayor la importación de SPT que de fosfato de
amonio lo cual demuestra que el SPT es el principal fertilizante fosfatado importado al país
al menos hasta el año 1997. La situación a partir de 1998 se desconoce lo cual obliga a
desarrollar una proyección posteriormente. A continuación se presenta un gráfico que
describe el detalle de las importaciones de los fertilizantes fosfatados en nuestro país entre
los años 1985 y 1997.
Gráfico I: Importaciones de fertilizantes fosfatados en tmn de P2O5.
250000
tmn de fertilizante
200000
150000
100000
50000
0
1984
1986
1988
1990
Superfosfato Triple
Fosfato de Amonio
Total Fertilizantes fosfatados importados
1992
1994
1996
1998
años
Se presenta en la tabla I y II del anexo B, los consumos de SPT y del total de
fertilizantes fosfatados en Chile entre los años 1985 y 1997. Los datos de la tabla II se
completaron por medio del desarrollo de la mejor curva (menor error y mejor correlación),
para poder interpolar los valores que faltaban. Con los nuevos datos se construyó la tabla III
del segundo anexo, en la cual se analizó además una posible proyección de datos a futuro
(hasta el año 2010). Dicha proyección posee baja correlación por lo cual se desecha, sin
embargo los datos que se interpolaron para proyectar el consumo se aceptan. De esta
información se presenta el siguiente gráfico.
Gráfico II: Consumo de fertilizantes fosfatados y superfosfato triple en Chile.
180000
consumo de fertilizante (mtn)
160000
140000
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
1984
1986
1988
Superfosfato Concentrado
Fertilizantes Fosfatados
1990
1992
1994
1996
1998
años
Un segundo método es por medio de suavización exponencial [1]. Este método
consiste en pronosticar valores a partir de los datos reales con los cuales se cuenta. En las
tablas IV y V del anexo B se presentan los resultados obtenidos a partir de la suavización
exponencial sobre las importaciones y el consumo de SPT. A partir de los datos
pronosticados, se obtiene la extrapolación para el próximo año en cuestión. Como se
requiere un dato real para seguir proyectando a futuro, el método no es capaz de predecir
los datos más allá de 1998. Sin embargo, si se obtiene la mejor curva sobre los datos
pronosticados, se logra una correlación aceptable de 0,84 y 0,91 para importaciones y
consumo de SPT en Chile respectivamente. Se obtienen extrapolando a partir de estas
curvas los futuros valores para ambas situaciones (hasta el año 2010). Esta información se
detalla en las tablas VI y VII del anexo B.
A partir de esto se presenta el siguiente gráfico, que explica las proyecciones
estimadas a futuro tanto en las importaciones y el consumo de superfosfato triple en Chile
para el período 1997 y 2010.
Gráfico III: Proyecciones para las importaciones y el consumo de SPT entre los
años 1999 y 2010.
2009
año
2007
2005
2003
2001
1999
0
20000
40000
60000
80000 100000 120000 140000
toneladas de fertilizante
Consumo
Importación
Se observa en esta última figura una tendencia de crecimiento en las importaciones
y en el consumo. Resulta curioso que ambos comportamientos presenten crecimientos
marcadamente distintos. Las importaciones crecen a un ritmo mayor que el consumo. Esta
tendencia proviene sin embargo de datos reales entre los años 1990 y 1997.
Se pronostica un consumo de superfosfato simple casi invariante entre los años
1999 y 2010, con un alza insignificante. Se puede definir un valor constante en torno a las
79000 toneladas.
Se han presentado y proyectado cifras relativas a las importaciones y consumo de
fertilizantes fosfatados, las cuales no están completas sin un análisis de precios.
Los precios promedios ponderados en el mercado mayorista, en Santiago entre los
años 1975 y el año 2000 para el superfosfato triple y para el fosfato de amonio se presentan
en el anexo B, tabla IX y X; los precios pagados de SPT se presentan en la tabla VIII.
El gráfico que describe la variación de precios del superfosfato triple y del fosfato
de amonio en el tiempo es el siguiente.
Gráfico IV: Precio del Superfosfato triple y del fosfato de amonio entre los años
1975 y 2000.
160000
precio ($/Tonelada sin iva)
140000
120000
100000
80000
60000
40000
Fosfato de Amonio
SPT
1999
1997
1995
1993
1991
1989
1987
1985
1983
1981
1979
1977
0
1975
20000
año
El precio de fosfato de amonio es siempre superior que el de superfosfato triple.
Esto significa que podría ser igualmente rentable elaborar una planta del primer producto,
ya que a pesar de ser menos consumido en nuestro país, su precio es más alto. El análisis de
este asunto escapa a los objetivos planteados en este estudio.
Desde 1975 hasta 1996 se nota un creciente aumento del precio de superfosfato
triple. En 1997, el precio se mantiene relativamente constante, situación que se mantiene
hasta el año 2000. Esta invariaza del precio coincide con el comienzo de la crisis asiática, lo
cual podría explicar este comportamiento.
Del Banco Central se obtienen las estadísticas de importaciones de superfosfatos,
fosfato monoamónico y diamónico para los años comprendidos entre 1997 y 1999 se
presentan a en el anexo B, tabla XI. Esta tabla presenta la situación hasta el año 1999 pero
las unidades están expresadas en toneladas del material y no sobre la del contenido de P2O5.
Del mismo lugar se obtiene además una tabla que explica las procedencias de las
importaciones en 1999 de superfosfatos, las cuales se presentan en la tabla XII del segundo
anexo. Se observa en ella que los principales proveedores de superfosfatos son México y
Estados Unidos con 110095 y 62128 toneladas respectivamente, alcanzando un valor de
30,6 millones de dólares CIF de un total importado de 36,3 millones de dólares para 1999.
Sin duda que la fabricación en nuestro país de fertilizantes fosfatados resulta
interesante debido a los volúmenes importados. La posibilidad de fabricar superfosfato
triple es la alternativa más interesante en conjunto con una posible fabricación de fosfato de
amonio.
Como dato adicional se podría señalar la cantidad de ácido fosfórico que el país
importó el año 1999 de los distintos países y el valor CIF correspondiente a cada uno. Se
detalla esta información en el anexo B, tabla XVII.
El valor CIF de este producto es cercano a los tres millones de dólares y significaría
fabricar cerca de 5000 toneladas de ácido fosfórico, pero exige un producto muy puro lo
cual exigiría pos tratamientos si se fabricara por vía húmeda, a fin de cubrir este mercado.
Existieron exportaciones a Perú y Bolivia de este ácido pero la cifra es despreciable
(2145 KN), lo que alcanzó un valor CIF de 3 mil dólares para el año 1999.
En los últimos tres años (1997 – 1999) la cantidad, el precio y el valor CIF de las
importaciones de ácido fosfórico, se presentan por medio de la tabla XVIII del segundo
anexo.
Se observa a partir de esta última tabla una tendencia a un mayor consumo del ácido
fosfórico y un descenso paulatino del precio. El valor CIF es cercano a los 3 millones de
dólares en los tres últimos años. Purificar el ácido fosfórico por vía húmeda podría ser una
alternativa para cubrir este eventual mercado, sin embargo la vía de fabricación por horno
eléctrico resulta más conveniente si se desea un producto rentable de buena calidad para
este fin.
III.2. Mercado del ácido sulfúrico.
El ácido sulfúrico es uno de los insumos en la fabricación de fertilizantes fosfatados
por vía húmeda. En Chile, debido a las diversas faenas mineras, se producen óxidos de
azufre, los cuales son reducidos a azufre elemental para producto de venta o bien, se
oxidan a ácido sulfúrico. El ácido fabricado a partir de gases metalúrgicos se obtiene
mayoritariamente por grandes compañías como son CODELCO y ENAMI. La producción
se consume localmente o bien se exporta si no es utilizada en nuestro país. La normativa
ambiental vigente, obliga a las empresas a tratar, por métodos de abatimiento, estos óxidos,
y a medida que sea más rigurosa la legislación o mayores sean las faenas mineras, mayor
será la producción de este ácido [22].
En el último año (1999), las exportaciones del ácido sulfúrico (oleum) se detallan en
la tabla XIX del anexo B, mostrando los países destino, las cantidades y el valor FOB.
Si se desean revisan los datos de los últimos tres años respecto a importaciones y
exportaciones del ácido sulfúrico se puede observar la tabla XX del segundo anexo.
Claramente las importaciones superan a las exportaciones. Esta situación se debe a
que el traslado del ácido es caro dadas las distancias entre la zona centro y norte del país,
por lo cual es más barato comprar el ácido importado (de una zona cercana), que la
distribución nacional [21].
Por otro lado, la producción y el consumo de ácido sulfúrico ha tenido un gran
crecimiento en Chile durante los ’90 cuya causa principal se encuentra en el desarrollo de la
hidrometalurgia del cobre y en la aplicación de normas ambientales sobre emisión de gases
sulfurados, que obliga a las fundiciones a abatir el anhídrido sulfuroso vía la producción de
ácido sulfúrico. Para situar el contexto de las estimaciones del futuro comportamiento de la
producción y el consumo, se presenta la tabla a continuación con las cifras del período 1989
a 1988 sobre la producción histórica y el consumo aparente, expresado éste como el
resultado de sumar los flujos de producción y de importación y restar el flujo de las
exportaciones.
Tabla I: Producción y consumo aparente de ácido sulfúrico en el período 1989 – 1998.
(Miles de Toneladas)
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998
Producción
744,0
Importaciones
178,3 175,6 143,2
Exportaciones
Consumo
875 1003,5 1172,4 1229,1 1588,8 1780,3 2033,4 2333,8 2572,6
0,4 102,0
0,0
49,5
91,3
29,2
6,0
15,3 122,3 299,3 396,5 522,7
34,5
54,7
21,4
57,1
57,6
921,9 948,6 1146,7 1192,7 1314,4 1468,6 1847,9 2311,3 2673,2 3037,7
aparente
Fuente: Cochilco, Estadísticas del cobre y otros minerales 1989 – 1998 [2]
La producción de ácido prevé un fuerte crecimiento en los próximos años, lo que
permitiría proyectar la producción hacia el año 2006 dentro de un rango entre un nivel base
de 5 millones de toneladas hasta un máximo de 6,5 millones de toneladas, según el grado de
materialización de los proyectos productivos potenciales. El principal productor chileno es
la empresa estatal CODELCO – Chile, basado en sus plantas de la división Chuquicamata,
más las nuevas plantas recientemente construidas en la división El Teniente y en la división
El Salvador, en cumplimiento de los planes de descontaminación fijados para sus
fundiciones. A ellas se sumará una segunda planta en El Teniente, a contar del año 2001.
Por su parte ENAMI, también de propiedad estatal, es el siguiente productor en
importancia actualmente. En sus plantas, ubicadas en las fundiciones de Las Ventanas y
Paipote, ha incrementado su nivel de producción debido a una mayor captación de gases en
dichas fundiciones, alcanzando su plena producción en 1999. Su participación irá
disminuyendo a partir del año 2000, por los mayores crecimientos de producción previstos
en CODELCO y en empresas privadas.
El sector privado está representado principalmente por las fundiciones de cobre de
Disputada (Chagres) y ALTONORTE (La Negra), más la planta de La Cascada (Sagasca)
que produce ácido a partir de azufre y MOLYMET cuya planta produce ácido a partir de
gases sulfurados de la tostación de molibdenita.
La mayor producción se concentra en la segunda región, la cual incrementará su
producción con la significativa ampliación de ALTONORTE, ya programada a contar del
año 2003.
Las tablas XXIII y XXIV del anexo B muestran los principales productores y
consumidores de ácido sulfúrico en el país.
A la base productiva descrita, existe el potencial de agregar mayor producción,
aunque las empresas que lo tienen considerado no han tomado la decisión definitiva para su
materialización. Existe la posibilidad de ampliación de plantas en fundiciones existentes,
como consecuencia de ajustes operacionales en las fundiciones y de mayor protección
medio ambiental. Además podría generarse una nueva planta integrada a un proyecto de
fundición y refinería prevista en la segunda región a contar del año 2004. A partir de estos
antecedentes puede establecerse una producción límite o máxima de ácido. La siguiente
tabla muestra esta situación.
Tabla II: Producción estimada de ácido sulfúrico para el período 1999 – 2006.
(miles de toneladas)
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Producción base
3286
3600
4026
3990
4731
4848
4997
4989
Ampliación potencial
0
0
33
33
218
275
518
523
Nueva planta potencial
0
0
0
0
0
400
700
1000
Producción máxima
3286
3600
4059
4023
4949
5523
6215
6512
Fuente: Elaborado en la Comisión Chilena del Cobre [2].
Otro aspecto importante en consideración es el consumo base. Las principales
características que presenta el consumo actual de ácido sulfúrico en Chile son las
siguientes:
-
Más del 95% del ácido requerido se destina a la minería del cobre, en los procesos de
lixiviación de óxidos y sulfuros secundarios. El resto del consumo es por parte de
diversas aplicaciones industriales, incluyendo la minería no metálica.
-
En su conjunto, CODELCO mantiene el liderazgo con su participación del 29,5% del
consumo nacional, siendo Chuquicamata el principal ente consumidor. ENAMI por su
parte no es un consumidor significativo.
-
Los principales consumidores privados son El Abra, Escondida, Lomas Bayas,
Zaldivar, Manto Verde, Michilla, Collahuasi, Cerro Colorado, La Cascada, Mantos
Blancos y Quebrada Blanca. Estas once empresas consumieron en 1999 2,13 millones
de toneladas equivalentes a un 60% del consumo de ácido nacional.
-
La ubicación de las principales operaciones de lixiviación condiciona la distribución
geográfica del consumo del ácido sulfúrico.
-
El mayor consumo se concentra en la segunda región, que seguirá creciendo hasta el
año 2002, para disminuir posteriormente si no se concretan los proyectos potenciales.
Luego le sigue la primera región con un perfil de consumo estabilizado y luego la
tercera región cuyo consumo base seguirá creciendo moderadamente. El resto de las
regiones tienen un bajo nivel de consumo, el que disminuirá a contar del 2000 por el
cierre programado de la mina Lo Aguirre de la S.M. Pudahuel.
Se puede proyectar un consumo potencial y un máximo por la posibilidad que
existe en tres divisiones de CODELCO de generar ampliación de sus operaciones vigentes.
Contribuyen además los proyectos nuevos que podrían comenzar su construcción (no se
considera aquel que se describe en esta memoria). La tabla III presenta estos datos.
Tabla III: Consumo estimado de ácido sulfúrico para el período 1999 – 2006.
(miles de toneladas)
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
3599
3743
4351
4559
4434
4255
4255
4261
Ampliación potencial
0
131
494
644
1371
2056
2015
2098
Proy. nuevos potenciales
0
6
29
114
435
685
1235
1235
3599
3880
4874
5317
6240
6996
7525
7594
Consumo base
Consumo máximo
Fuente: elaborado en la Comisión Chilena del Cobre [2].
Dadas las condiciones de producción y consumo en Chile, se observa que el ácido
cumple las funciones de autoabastecimiento (35%). Así hay una menor disponibilidad del
ácido para terceros. Hacia el año 2006 se estima que el autoconsumo podría representar el
41,5% de la producción y el 35,8% del consumo. En el anexo B las tablas XXI y XXII
muestran los balances de ácido nacional y regional en el caso máximo y base, entre los años
1999 y 2006. Si bien en el caso base se presume un saldo positivo de ácido; en la situación
máxima se pronostica el caso opuesto. Regionalmente sin embargo, se muestra que de la
cuarta a la décima región habrán excedentes, lo cual no se repite en la zona norte donde se
da el caso contrario.
III.3. Roca fosfórica.
La situación de la roca fosfórica a escala nacional según importaciones y
exportaciones se presenta en las tablas XIV, XV y XVI del anexo B. Las cifras son
pequeñas y la producción nacional es insuficiente.
Existen en nuestro país recursos de esta clase de minerales, pero su ley es bastante
baja. La producción por la vía húmeda, exige o bien un enriquecimiento de este mineral
pobre, o bien trabajar con uno que posea una alta ley directamente y ahorre esta faena. Al
ser esta última alternativa la de interés, la situación obliga a recurrir a importaciones de este
mineral. La cantidad a importar, dependerá del número de toneladas anuales que se deseen
producir de SPT.
IV. Capacidad y Localización de la Planta.
La ubicación y capacidad de una planta son fundamentales, ya que el éxito o fracaso
de la futura operación de la instalación depende en gran medida de esta decisión. A
continuación se describe el análisis, factores relevantes y el criterio adoptado para fijar
estas variables.
IV.1 Capacidad instalada de la planta:
Como se desprendió del estudio de mercado, el consumo nacional que se prevé para
los próximos diez años de superfosfato triple bordea las 80000 toneladas métricas de P2O5.
Una segunda estadística hace referencia a las importaciones, la cual señala una
tendencia de consumo creciente, alcanzando un valor de 120000 toneladas el año 2010.
Sobre la base de estos dos valores se puede establecer que un valor adecuado de capacidad
para la planta de SPT es de 100000 toneladas al año de producto en base a P2O5. Esta cifra
asume un margen de error en torno a un 20% respecto a la situación más optimista y la más
pesimista.
IV.2 Localización de la planta.
Muchos son los factores que intervienen en la determinación del emplazamiento
más conveniente de una fábrica. Algunos de ellos pueden ser las restricciones de
suministros [29], la distribución del producto a los mercados consumidores, la geografía, la
mano de obra, la cercanía a puertos, clima, calidad de los suministros, costos de ellos, etc.
Además, una vez establecida una planta de tamaño considerable como son las de
fertilizantes, no es fácil un traslado [21]. Por esta razón se busca el mejor emplazamiento,
para evitar inconvenientes como el excesivo costo de transporte de las materias primas o de
los productos acabados; el inadecuado suministro de servicios públicos; las deficiencias de
la eliminación de desperdicios o de otros servicios; inclusive afectan a esta decisión las
políticas gubernamentales. Sin duda que de todos estos aspectos, el problema de minimizar
el costo de transporte es el de mayor relevancia ya que los costos de envío a larga distancia
de fosfatos minerales pueden oscilar entre 100 y 200% del precio en fábrica.
A continuación se presenta un análisis de los principales criterios considerados para
ubicar la planta.
a) Abastecimiento de materias primas:
Dadas las condiciones de fabricación, se obtendría la roca fosfórica por vía de
embarques ya que el origen es importado, lo cual sugiere como lugar de ubicación de la
planta una zona cercana a un puerto.
Por otra parte el ácido sulfúrico, se obtiene principalmente en las fundiciones
mineras. En Chile las principales fundiciones son de ENAMI y CODELCO. Por la
existencia de los planes de descontaminación, se deben reducir las emisiones de SO2 y por
este motivo la solución es generar ácido sulfúrico o bien azufre elemental. El detalle de los
cronogramas de reducción de emisiones se detalla en el anexo D. Se presenta la tabla III
con los valores límite de emisión de anhídrido sulfuroso. Las normativas ambientales han
obligado a estas empresas y sus divisiones a generar plantas de tratamiento de gases.
El 11 de Agosto de 1998 se aprobó el proyecto de transporte de ácido sulfúrico
excedente de la fundición Caletones, fase I y el 20 de Julio de 1999 se aprobó el proyecto
fase II de transporte del ácido. Existe en trámite el proyecto en la división Salvador de
transporte de ácido sulfúrico en camión a la II y IV regiones. La situación del ácido
sulfúrico en Chile por región es la siguiente:
-
La primera región presenta una situación de déficit estable, creciendo levemente desde
las 289 mil toneladas de ácido sulfúrico en 1999 para situarse el año 2006 en torno a las
342 mil toneladas, según el caso base o 382 mil según el caso máximo.
-
En la segunda región el déficit presenta la mayor intensidad dado que actualmente
asciende a 873 mil toneladas correspondientes al 34,1% del consumo regional. Esta
situación irá en aumento hasta el 2002 con 1,7 millones de toneladas en el caso base y
2,4 millones de toneladas en el caso máximo. Sin embargo el año 2003 la situación
varía; para el caso base se espera una disminución a 908 mil toneladas y para el caso
máximo un aumento a 2,6 millones de toneladas.
-
La tercera región presentará un claro excedente entre los años 2000 y 2002. A partir del
año 2003 la situación sigue esta tónica en el caso base. De existir consumo potencial
por parte de la división Salvador, se llegaría a un virtual equilibrio.
-
El resto de las regiones, desde la cuarta al sur, presentan bajo consumo de ácido
(existen algunas faenas mineras en la cuarta región y gran cantidad de pequeños
consumidores industriales en el centro y sur) concentrando un gran excedente, que
supera las 900 mil toneladas. Dichas situación se incrementará con la aparición de la
segunda planta de ácido de El Teniente, llegando en el caso base el excedente a 1,7
millones de toneladas el año 2005. En el caso máximo dicha cifra disminuiría
levemente. La quinta región tiene una oferta estable entre 594 mil a 666 mil toneladas
por año. Este volumen se transporta hacia el norte, preferentemente por vía marítima,
para lo cual cuenta con la infraestructura adecuada. Lo más relevante se concentra en el
caso del transporte del ácido ofertado desde El Teniente en la VI región, que debe ser
transportado por vía terrestre al Puerto de San Antonio. El flujo es actualmente de 400
mil toneladas por año, pero crecerá a 800 mil toneladas el año 2001 y a 1,1 millones de
toneladas el año 2003. La división El Teniente programó sin embargo, una cuantiosa
inversión para habilitar hacia el año 2001, una solución definitiva que consiste en un
nuevo trayecto vial desde Caletones a una estación de transferencia en la red ferroviaria
(Los Lirios) y efectuar el transporte por ferrocarril hacia la costa. Así son la cuarta,
quinta y la sexta regiones las que ofrecen las mejores perspectivas en la instalación de
una planta, ya que en general el traslado del ácido es bastante caro y por lo tanto es
recomendable estar cerca de las fuentes que producen este insumo. Ya que el traslado
del ácido de la sexta región se enviaría a la costa de la quinta región, la mejor ubicación
sería esta última zona geográfica.
b) Cercanía con los mercados consumidores:
Otro aspecto en cuestión, como ya se mencionó, es la cercanía a los mercados
consumidores. Por desgracia no se cuenta con la información que señale el consumo
regional de SPT, pero una buena estimación se puede hacer asumiendo que el consumo de
este fertilizante debe ser proporcional a la cantidad de hectáreas empleadas en el rubro
agrícola. Esta estimación se basa en la estabilidad que presenta en el tiempo la explotación
de la tierra en nuestro país. En la tabla I del anexo D se presenta la situación nacional del
uso de tierras, mostrando las estadísticas de los últimos años, las cuales demuestran que el
territorio agrícola está restringido y por otro lado presenta cierta estabilidad la cifra de
hectáreas utilizadas en los diversos usos de suelos en nuestro país. Aceptando la hipótesis
anterior, se presenta la tabla II del mismo anexo, que refleja las tierras totales en cultivo de
las principales regiones dedicadas al rubro. Se observa que el desarrollo de los cultivos se
da principalmente entre la cuarta y la décima región. Entre la sexta y la novena región sin
embargo el uso del suelo es mayor que en el resto [36], favoreciendo ubicar la planta en
torno a las regiones VII, VIII y IX. Si se analiza la distribución del uso del suelo por región
y la distancia, por cercanía a los mercados, la séptima y la octava región serían las más
favorables.
c) Abastecimiento de suministros:
Obviamente los suministros de agua serán mayores avanzando hacia el sur del país.
Por tanto es favorable en este sentido ubicar la planta al Sur de la sexta región. Este recurso
además asegura el suministro de energía eléctrica.
Respecto a combustibles, el país importa el petróleo por medio de la ENAP. Este
recurso es procesado en distintas regiones entre las cuales las zonas privilegiadas son la V
(Con-Con), R.M., la octava (PETROX) y la XII. En esta última región se encuentran
reservas probadas de gas natural que ascienden a 70 mil millones de Nm
3
con un poder
3
calorífico unitario de 8000 Kcal/Nm . La explotación y comercialización de este recurso
son realizadas por ENAP.
En general las zonas industriales serán las más favorecidas en este sentido.
d) Clima:
El clima en Chile presenta mayor estabilidad entre la cuarta y la octava
región, donde la oscilación térmica es menor. Ubicando la planta cerca del mar
otorga una estabilidad adicional en este sentido.
e) Factores específicos:
- Ubicando la planta cerca de grandes centros urbanos, permite ubicar
mano de obra calificada. Además ubicar la instalación en una región
donde se presenta alta cesantía genera un beneficio extra. Por tanto este
aspecto privilegia a las regiones V, R.M., VIII y X. Además este mismo
criterio beneficia criterios comunales como son la disponibilidad de
casas para empleados y obreros, disponibilidad de escuelas y colegios,
disponibilidad de hospitales y asistencia médica.
-
Un factor estratégico es ubicar a la industria en una región cercana a una zona
donde exista una alta concentración industrial. Por tanto las regiones V, VI, VIII, X
y metropolitana serán las favorecidas bajo este criterio.
-
La existencia de carreteras, ferrocarriles y la cercanía al mar (puertos), son un factor
importante, tal vez la existencia de ferrocarriles
y puertos puede marcar una
diferencia en este sentido ya que todo el país, hasta la undécima región cuenta con
buenas carreteras. El principal ferrocarril se presenta entre la región metropolitana y
la décima región (Temuco). Existen dos compañías; ferrocarriles del estado y
ferrocarriles del pacífico. La capacidad de carga máxima del tren es 2400 Ton
incluyendo vagones. Cada vagón puede cargar de 30 a 50 toneladas de carga sin
incluir su propio peso (18 ton) Respecto a los puertos los principales están ubicados
en Iquique, Antofagasta, Caldera, Valparaíso, Talcahuano, Puerto Montt y Punta
Arenas.
-
Por criterios de legislación industrial, el gobierno anunció que la instalación de
fabricas en torno a la región metropolitana, asumirán un costo adicional por tema de
impuestos. En este sentido, las políticas son descentralizar la actividad nacional. Por
tanto ubicar la planta en regiones extremas se verían favorecidas incluso por la
presencia de zonas francas.
-
En cuanto a la eliminación de desperdicios, la presencia de alcantarillados o la
cercanía a ríos o el mar favorecen costos en este sentido. Un problema ambiental sin
embargo generaría el escape de riles de fertilizante a estos sitios. Antecedentes de
este aspecto se presentan en la introducción (capítulo I). Sin embargo la fabrica
desea obviamente minimizar dichas fugas de producto lo cual evitaría esta clase de
problemas. Botaderos también sería importante ubicar. La presencia de mar se da en
todo el país salvo en la región metropolitana y ríos con caudal significante se
encuentran al sur de la cuarta región y aumentando en esta dirección. El río más
caudaloso es el Bío - Bío, en la octava región.
Para ubicar la planta se utiliza el método de los “puntajes ponderados”.
Este
método resume la información descrita anteriormente, estimando por medio de puntajes la
mejor ubicación [18]. Se presenta una columna con puntajes ideales (máximos), y se
establece en el resto de las columnas los puntajes para las localidades analizadas según los
distintos ítems. A continuación se presenta una tabla resultado con la aplicación de este
método para las regiones comprendidas entre la V y la X, incluyendo la metropolitana.
Tabla I: Puntajes ponderados para las principales regiones de análisis.
FACTORES
PUNTAJE
IDEAL
IV
V
REGIONES
VI VII VIII IX
X
R.M.
80
17
Disponibilidad de roca
distancia a puertos
ubicación puertos
80
20
80
20
60
15
60
13
80
10
60
7
80
5
60
15
100
80 100 90
50
30
20
10
50
90
30
50
60
90
80
50
30
40
50
50
30
25
50
35
35
40
25
45
50
50
25
50
40
50
50
35
30
30
30
25
20
20
15
10
25
20
40
40
10
30
20
10
40
40
20
40
0
20
40
0
20
40
40
20
30
0
20
30
20
20
30
0
30
30
30
30
15
30
20
30
20
30
20
30
30
20
30
30
30
20
30
30
20
30
20
15
10
10
5
40
40
20
15
40
40
30
25
20
25
40
40
20
25
30
30
40
40
30
30
750
5 25 15 10 25 5 15 30
5 30 25 10 30 15 30 30
475 657 560 508 635 422 465 490
Disponibilidad de ácido
distancia
Mercados
demanda v/s distancia
Abastecimiento y costos
de energía y combustible
combustible
energía y agua
Clima
humedad y temperatura
Transporte
ferrocarriles
caminos (camiones)
barcos
Desperdicios
legislación
evacuación
contaminación
Disponibilidad de Personal
mano obra calificada
obreros
Factores estratégicos
centros industriales
viviendas del personal
TOTAL
Fuente: personal.
Según este análisis la planta debería ubicarse en la quinta región o bien en la octava.
Establecer cual de los dos emplazamientos es el mejor, es una decisión que obedece a un
análisis más detallado que escapa a los objetivos de esta memoria.
V.
Descripción detallada del diagrama de procesos de la planta.
V.1 Etapa de Preparación de la roca.
V.1.1 Chancado.
Asumiendo que el mineral posee
una dureza relativamente baja, de aspecto
arcilloso y que su tamaño medio no supera las 3 pulgadas, se presentan dos fases en esta
operación. En la primera fase se reduce la fracción de reducción es de 5/1 y en la
secundaria se lleva a malla -200. En ambas fases se usan chancadores. La descarga del
segundo chancador permite un material adecuado para la etapa posterior de proceso o bien
de concentración (si es necesario). En esta etapa los principales equipos de proceso son
para el chancado primario un chancador de impacto y un harnero vibratorio plano y para el
chancado secundario se usa un molino de bolas y harneros vibratorios planos, junto con
colectores de polvo, correas transportadoras y puentes grúas [23].
V.1.2 Lavado y Clasificación.
El mineral chancado, con un tamaño máximo que varía entre 8 y 12 mallas, se
recibe en harneros vibratorios provistos de duchas de agua. En estos se produce el primer
lavado de mineral, removiendo la arcilla, arena y partículas finas de fosfatos. El
sobretamaño de piedras de los harneros primarios es enviado posteriormente a un harnero
rotatorio cuya finalidad es romper las bolas de barro formadas en la etapa anterior. El
sistema cuenta con un sistema de aspersión de agua. El material que no logra dispersarse al
igual que las partículas compactas que no pasan la criba rotatoria, son enviadas a un
molino de martillos y luego recirculado. La separación final de tamaños se efectúa en una
última etapa de harneado, en donde se descarta la fracción +10M, con un muy bajo
contenido de P2O5.
Las fracciones de tamaño -10M, que se separan en las dos etapas de harneado
vibratorio, son enviadas a un estanque pulmón previsto de agitación. La pulpa homogénea
alcanzada, con cerca de un 30% de sólidos, es evacuada hacia los hidrociclones donde se
produce el deslamado. Las lamas son retiradas a diques de desecho, que permite recuperar
el 90 o 95% del agua empleada. La fracción de partículas sólidas entre –10 y +150 mallas
es filtrada hasta una humedad máxima de 1%. Esta etapa de concentración será obviada ya
que no se desea concentrar la roca sino tan solo reducir su tamaño (esta etapa no se
considera en el proceso) [10].
V.2 Generalidades del proceso.
En el capítulo II se mencionó que la presencia de yeso en el superfosfato hace la
diferencia entre la concentración de P2O5 desde un 20% hasta casi un 50%. Esto se logra
obteniendo primero ácido fosfórico y haciéndolo reaccionar después con la fosforita para
producir superfosfato concentrado o triple (SPT).
La fosforita triturada y beneficiada, cuyo contenido de P2O5 oscila normalmente
entre el 31 y el 33%, reacciona con una mezcla de ácido sulfúrico concentrado
(generalmente de un 90 a un 98%) y ácido fosfórico reciclado, para obtener una cantidad
adicional de ácido fosfórico y de yeso, como muestra empíricamente la ecuación siguiente:
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 à 3(PO4)2H4Ca
3(PO4)2H4Ca + 3H2SO4 + 6H2O à 3CaSO4·2H2O + 6H3PO4
Las impurezas contenidas en la fosforita consumen inútilmente ácido sulfúrico. El
yeso se elimina por filtración, y se evapora el ácido fosfórico hasta que alcanza una
concentración máxima de P2O5 del 54%, según las necesidades. El yeso correspondiente a
la mayor parte del ácido sulfúrico utilizado en el proceso se arroja a una pila de desecho
cercana [16].
Los superfosfatos concentrados o triple se fabrican del mismo modo que los simples
pero se utiliza ácido fosfórico concentrado en vez de sulfúrico.
Las reacciones principales en este sentido son las siguientes:
2(PO4)3FCa5 + 12H3PO4 + 9H2O à 9(H2PO4)2Ca·H2O + CaF2
2CaF2 + H3PO4 +SiO2 àF4Si + 2(PO4)2H4Ca·H2O
Las impurezas tales como el carbonato cálcico, los fluoruros y los compuestos de
hierro y aluminio, consumen también ácido fosfórico y suponen también un derroche de
ácido sulfúrico. Por tanto es de suma importancia utilizar fosforita de alta calidad y
finamente triturada. Las reacciones principales son las siguientes:
Fe2O3 + 2H3PO4 à 2FePO4 + 3H2O
Al2O3 + 2H3PO4 à 2AlPO4 + 3H2O
CaCO3 + H2SO4 à CaSO4 + CO2 + H2O
Prácticamente todo el hierro y aluminio solubles, presentes en el mineral, se
encuentra en solución como fosfato de hierro o aluminio. El carbonato de calcio, que forma
parte tanto de la ganga como de la estructura de la apatita, aumenta el consumo de ácido
sulfúrico [10]. La forma usual de precipitación del sulfato de calcio es la dihidratada
(CaSO4⋅2H2O). La relación de este comportamiento dihidratado o hemihidratado
(CaSO4⋅1/2H2O) se refleja según un gráfico de equilibrio práctico que se presenta a
continuación [7].
Gráfico : Temperatura de transición de hemihidrato a yeso a varias concentraciones de
%P2O5
P2O5.
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
50
60
70
80
90
Temperatura (°C)
100
110
A pesar de ser el método húmedo un sistema impuro de fabricación del ácido
fosfórico, es adecuado a la hora de aplicarse para fabricación de fertilizantes en particular.
Esto se debe a que es bastante económico y a que obviamente el producto no requiere una
pureza como sería de esperar si se deseara por ejemplo para una aplicación distinta como
fabricar reactivos químicos.
Hay varios procesos de fabricación de superfosfatos concentrados. En uno de ellos,
la fosforita y el ácido se combinan en un mezclador mecánico continuo, efectuándose el
curado parcial en una cinta transportadora con listones, dentro de un depósito, antes de
desintegrar el superfosfato y transportarlo a una pila de almacenamiento para un período de
curado posterior de varias semanas. En otros se utiliza un mezclador no mecánico y una
cinta transportadora de caucho, en la que se efectúa el curado. Las materias recuperadas en
la pila de almacenamiento pueden utilizarse tal como se encuentran, o cribarse o granularse
hasta que las partículas sean de determinado tamaño. En otro proceso la fosforita se mezcla
con ácido fosfórico de una concentración de alrededor del 45% de P2O5, y se combina con
un producto sólido granulado y reciclado, secado y tamizado, para obtener un superfosfato
triple concentrado y granulado completamente curado [14].
A través de este capítulo se afinarán detalles del proceso y finalmente se concluirá el
esquema del proceso definitivo de la planta, señalando las operaciones unitarias que
intervienen y las líneas de proceso, de modo de identificar mediante este esquema los
balances de masa y energía del próximo capítulo.
V.3 Consideraciones Previas.
El ácido fosfórico puede fabricarse por acidulación completa de la roca fosfórica
empleando un ácido fuerte, tal como el ácido clorhídrico, nítrico o sulfúrico. Sin embargo,
se prefiere el ácido sulfúrico por su bajo precio y al hecho de que los productos de la
reacción pueden separarse fácilmente por filtración. Pueden emplearse los ácidos
clorhídrico y nítrico, pero son más caros y existe el problema de separar las sales solubles
de calcio del ácido fosfórico producido [10].
En la práctica la reacción entre el ácido sulfúrico y la roca fosfórica se efectúa
continuamente de acuerdo con la ecuación:
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O à 3 H3PO4 + HF + 5CaSO4·2H2O (*)1
La pureza del ácido sulfúrico tiene una importancia sólo relativa, por lo que se
puede usar ácido sulfúrico de cámara de plomo, de contacto o inclusive ácido sulfúrico de
rechazo de las refinerías petroleras, siempre y cuando no estén presentes cantidades
apreciables de lodos orgánicos, cloruros o impurezas metálicas. Se utiliza generalmente un
ácido de 60°Bé si es de cámara de plomo o uno de 66°Bé si es producido por medio de una
cámara por contacto. Se recomienda un ácido de cámara por contacto como fuente del
ácido ya que contiene menos agua a evaporar en la fabricación del SPT.
Respecto a la roca, se requiere una de grado relativamente bueno, ya que los
carbonatos consumirán ácido sulfúrico, originarán espumeo, el hierro y el aluminio son
solubles en ácido fosfórico y pueden producir fosfatos insolubles en agua en los
fertilizantes, etc. Es necesario también contar con algo de sílice que reaccione con HF y
reduzca la corrosión. Las rocas fosfóricas típicas para producir ácido fosfórico por el
método húmedo contienen de 31 a 35% de P2O5, de 1,5 a 4% de Al2O3 + Fe2O3 y de 2 a
10% de SiO2 (ver anexo D, tabla I).
Las reacciones secundarias más importantes son las siguientes: (1) Cualquier
carbonato presente en la roca reaccionará desprendiendo dióxido de carbono y formará el
correspondiente sulfato. (2) El hierro y el aluminio formarán fosfatos que son solubles en el
ácido fosfórico. Estos reducen la concentración del ácido y pueden aparecer como lodos
pesados cuando el ácido se concentra; estas impurezas por lo general, deben eliminarse si el
ácido se destina a diferente uso que el de producción de fertilizantes. (3) La mayor parte del
HF reaccionará con la sílice para formar SiF4. Sin embargo, debido a la humedad en los
gases de salida se formará sílice hidratada, la que se deposita en los ductos del gas y en el
tren de lavado de la planta. (4) Los cloruros deben eliminarse del sistema lo más posible, ya
que los iones cloruro en soluciones ácidas aumentan considerablemente la velocidad de
corrosión. (5) Las impurezas orgánicas o los agentes de flotación remanentes pueden
1
* La fórmula química de la roca fosfórica según algunos textos es Ca10F2(PO4)6.
originar un ácido sucio, causar espumeo y reducir la velocidad de filtración. Las rocas
fosfóricas que tengan estas características requieren una calcinación previa para eliminar
los contaminantes orgánicos [10].
V.4 Acidulación de la roca.
Un buen proceso de fabricación de ácido fosfórico deberá extraer la máxima
cantidad de P2O5 de la roca fosfórica, precipitar sulfato de calcio en forma tal que filtre
rápidamente y se lave con facilidad, y producir ácido fosfórico cuyo contenido de P2O5 sea
lo más elevado posible. En la práctica, siempre hay algunos obstáculos, ya que no todos
estos objetivos se pueden alcanzar simultáneamente. Por lo general, la presencia de roca sin
descomponer origina pérdidas de P2O5, lo mismo sucede con la formación de sulfatos
insolubles, y cualquier pérdida de ácido fosfórico causada por derrames, fugas, arrastres
con el vapor o lavados que pasan al drenaje. El primer tipo de pérdida puede reducirse
moliendo la roca a mayor finura y permitiendo un tiempo de reacción suficientemente
largo. Sin embargo, otro factor que debe considerarse es la posible formación de una capa
de sulfato de calcio insoluble en la superficie de la roca que evita el ataque completo de las
partículas. Este efecto se origina al usar ácido concentrado, y generalmente se observa a
concentraciones de ácido sulfúrico de 4% o mayores.
La posible formación de fosfatos insolubles resulta del hecho de que tanto el fosfato
dicálcico (CaHPO4·2H2O) como el yeso forman cristales monoclínicos. Esto es, bajo ciertas
condiciones, los iones fosfatos pueden reemplazar a los iones sulfato en la disposición
cristalina del yeso. La magnitud de este efecto depende de la concentración de los iones
sulfato y fosfato en la solución de la cual se cristalizará el yeso. En la práctica, las pérdidas
se hacen excesivas cuando la concentración de sulfato está por debajo de 1%.
Los otros tipos de pérdida pueden reducirse simplemente con un buen manejo de la
planta. Sin embargo, un punto de importancia crítica en la determinación de las pérdidas de
P2O5 en la torta del filtrado es la naturaleza del yeso que se produce. Altas concentraciones
de sulfato producirán conglomerados de yeso en forma de agujas fáciles de filtrar pero
difíciles de lavar. Las bajas concentraciones producen cristales rómbicos que son fáciles de
filtrar y lavar. A concentraciones muy bajas producen cristales en forma plana de láminas,
difíciles de lavar y filtrar. En la práctica, los mejores cristales de yeso son los que se
obtienen a una concentración de sulfato aproximadamente de 2%. Afortunadamente, esto es
también casi el óptimo para la descomposición de la roca y para disminuir las pérdidas de
fosfato en los cristales.
En la siguiente figura se muestra un diagrama de flujo típico para la producción de
ácido fosfórico por el proceso húmedo:
Figura 4. Fabricación de ácido fosfórico por vía húmeda.
La alimentación a la planta consiste en roca fosfórica (de 50 a 55% a través de 200
mallas) la cual es secada, triturada y seleccionada y ácido diluido, que se prepara
mezclando ácido concentrado con los lavados de los filtros de yeso y cualquier otra
solución recuperada que contenga P2O5. La roca se mezcla primero con una suspensión de
recirculación consistente de ácido fosfórico que lleva yeso en suspensión. Esta
recirculación es muy importante para provocar la formación de yeso fácilmente filtrable, ya
que provee los núcleos para el crecimiento de los cristales y evita la formación de
soluciones sobresaturadas de yeso. Enseguida se añade el ácido sulfúrico y la mezcla de
ácido, roca y yeso de recirculación se hacen pasar a través de varios reactores agitados, en
los cuales se da el tiempo necesario para la reacción (6 a 7 horas). La primera etapa de
reacción del circuito consta de cinco tanques agitados en serie. En los tanques 3, 4 y 5 se
conecta un suministro de aire frío que permite un control de la temperatura. Una porción
considerable de mezcla de los reactores 4 y 5 se recircula al reactor 1. Puesto que las
reacciones son exotérmicas (en condiciones normales cerca de 280 Btu/lb de roca),
comúnmente se inyecta aire a través de la suspensión para eliminar el calor de la reacción.
El aire pasa a través de un sistema de extracción de humos donde los compuestos volátiles
del flúor se eliminan por medio de absorción en agua, recobrando el flúor en forma de
ácido fluosilícico [8].
La roca fina se suministra al primer reactor mediante un tornillo transportador.
Ácido sulfúrico de 93 a 94% y ácido fosfórico proveniente de la primera filtración (20%
P2O5) se suministran a una unidad de mezcla (stripper) donde se agrega aire provocando un
agotamiento de la composición de flúor. La agitación presente en estos reactores no permite
buenas condiciones para la formación de yeso, sin embargo un alto porcentaje del ácido que
se forma por este proceso se obtiene en esta etapa (99%).
En la segunda etapa de reacción, el objetivo es separar el yeso del ácido fosfórico
más que extraer ácido de la roca. Se cuenta para esto con 4 reactores en serie. Menos del
1% del ácido se obtiene por medio de estos tanques de reacción. Sin embargo se logra
generar condiciones propicias para la generación de yeso. Las operaciones de filtrado y
mezcla de la pulpa con ácido tienen por objetivo lograr una buena separación de ácido
fosfórico y yeso. El yeso se filtra y generalmente se desecha. Bajo buenas condiciones de
operación, el rendimiento de ácido fosfórico es de 95% o más basado en el contenido de
P2O5 de la roca. El detalle del proceso se presenta en la figura 4.
Otra posibilidad es el uso de un reactor de un solo tanque que se encuentra dividido
en una serie de compartimentos mediante el uso de mamparas, y este tipo de reactor parece
tener preferencia en las instalaciones. Las condiciones de operación son muy estrictas y
deben tomarse en cuenta tanto la resistencia a la corrosión como a la erosión. Los
digestores por lo general, están recubiertos con ladrillos de carbón (el ladrillo de sílice es
fácilmente atacado por el flúor), usándose acero recubierto con hule o plástico para las
tapas, tuberías y sistemas de extracción de humos. Las bombas, filtros y agitadores
generalmente se hacen de acero inoxidable tipos 316 y 317, aunque otras aleaciones puedan
necesitarse en determinadas condiciones. Otros reactores se presentan en el anexo C.
La filtración del yeso es una operación particularmente crítica puesto que esto afecta
a las pérdidas de P2O5 en la torta del filtro, así como a la concentración del ácido fosfórico
producido. Durante años se han usado varios tipos de filtros, pero prácticamente todas las
plantas grandes utilizan los filtros horizontales del tipo fabricado por Eimco o Prayon.
Estos filtros consisten de una serie de bandejas rectangulares de poca profundidad
montadas en una banda de hule. Los fondos de las bandejas están calafateadas para soportar
la maya filtrante, y se aplica vacío mediante una estrecha caja de aire. A medida que la
banda se mueve, la suspensión cae en las charolas, la succión seca la torta, la cual se lava y
el yeso se desecha cuando las bandejas se encuentran en la posición contraria en la banda.
V.5 Concentración del ácido fosfórico.
La mayor parte del ácido fosfórico del proceso húmedo se usa en la fabricación de
superfosfato triple donde se requiere, por lo general, una concentración del 45 a 55% de
P2O5. Sin embargo, el ácido obtenido en el proceso húmedo tiene una concentración
aproximadamente del 30 al 33% de P2O5. Los factores que limitan la máxima concentración
del ácido son los siguientes:
(a) Los cristales de yeso precipitados de soluciones que contengan más del 33% de
P2O5 son demasiado finos y difíciles de lavar.
(b) Los ácidos más concentrados necesitan menores temperaturas de operación, y
los requerimientos de enfriamiento se hacen excesivos a temperaturas menores
de 66°C.
(c) La viscosidad y densidad del ácido concentrado se suman a los problemas de
lavado y filtración.
(d) Los ácidos más concentrados limitan la cantidad de agua que puede usarse para
el lavado, tendiendo a disminuir el rendimiento.
Por estas razones, el ácido del proceso húmedo debe concentrarse por evaporación
hasta una concentración de 38 a 55% de P2O5, dependiendo del uso del material. Esta
evaporación es difícil y costosa debido a la naturaleza corrosiva del ácido y a la presencia
de hierro, aluminio, flúor y otras impurezas. Se han empleado varios tipos de evaporadores
de calentamiento directo y de combustión sumergida, pero los evaporadores al vacío de
circulación forzada son los más aceptados. El intercambiador consiste en tubos Karbate
calentados exteriormente y a su vez cementado en cabezales también Karbate. La solución
ácida se hace recircular a alta velocidad a través de los tubos para minimizar los depósitos,
y pasa luego a una cámara de vacío, recubierta con caucho, donde el agua se evapora
debido a la diferencia de presión causada por un eyector de vapor y un condensador
barométrico. El punto de ebullición del ácido comercial de 55% de P2O5 es de 90°C a 3
pulgadas de Hg absolutas [10].
Una cantidad importante del flúor contenido en la roca se desprende durante la
concentración del ácido. Este flúor puede recuperarse como ácido fluosilícico, siempre que
haya mercado para él. Las impurezas de hierro y aluminio presentes en el ácido son menos
solubles en el ácido concentrado, por lo que precipitan durante la concentración. Debido a
la incrustación, las unidades de evaporación deben limpiarse según un programa regular, y
el tiempo de trabajo generalmente se estima alrededor del 85% del tiempo total. Si la
capacidad de la planta es mayor que la que se puede obtener mediante el uso de una sola
unidad, pueden emplearse varias unidades en serie. Nótese que las operaciones en serie son
más eficientes que las operaciones en paralelo debido a que las primeras etapas operan a
concentraciones más bajas de ácido.
V.6 Obtención del Superfosfato Triple.
El superfosfato triple generalmente contiene entre un 43 a un 50% en peso de P2O5.
Se utiliza para su fabricación el ácido fosfórico manufacturado a partir del proceso por vía
húmeda. El otro insumo es la roca fosfórica.
Las principales reacciones que definen este proceso son las que se mencionan a
continuación:
(Ca3(PO4)2)3žCaF2 + 14 H3PO4 à 10 CaH4(PO4)2 + 2 HF↑
(Ca3(PO4)2)3žCa(OH)2 + 14 H3PO4 à 10 CaH4(PO4)2 + 2 H2O
CaCO3 + 2 H3PO4 à CaH4(PO4)2 + CO2↑ + H2O
4HF + SiO2 àSiF4↑ + 2 H2O
3 SiF4 + 2 H2O à 2 H2SiF6 + SiO2
Si el ácido fosfórico se encuentra caliente y concentrado al acidular a la roca
fosfórica una cantidad de gases que contienen flúor son liberados. Con dilución y ácido
fosfórico frío prácticamente no se liberan dichos gases. Si el 70 a 78% del ácido fosfórico
(51 a 51,6% de P2O5) se encuentra disponible para la acidulación de la roca fosfórica, el
producto resultante podría encontrarse suficientemente seco después de un curado
adecuado, haciendo innecesario un secado artificial. Un 56% de P2O5 a partir de ácido
fosfórico de vía húmeda se obtiene por evaporadores de tipo vacío como se señaló en el
punto anterior.
A 44°C el H3PO4 de 70 a 78%, reacciona bastante rápido con la roca fosfórica,
formando la pasta al cabo de 3 o 4 minutos después de la mezcla. Se obtiene así un proceso
continuo para la fabricación del superfosfato triple. En la figura 5 se presenta el proceso.
Figura 5: Proceso continuo de fabricación de superfosfato triple.
La roca fosfórica y el ácido fosfórico son mezclados por uno a dos minutos en un
mezclador tipo embudo en el que toda la agitación es proporcionada por el ácido que es
introducido tangencialmente en el mezclador. Se logra así una pulpa espesa y homogénea.
El mezclado se efectúa en un recipiente cónico invertido, el cual posee cuatro tubos,
provistos de boquillas terminales, ubicados equidistantes alrededor del perímetro. El ácido
es alimentado a través de este sistema y la colocación de las boquillas paralelas a las
paredes del cono, formando un ángulo de 45° con la horizontal, otorgan un movimiento de
rotación a lo largo de éstas. El sólido se forma al centro del vórtice que se forma por la
introducción tangencial del ácido. El nivel de fluido debe estar levemente sobre la
“extensión de descarga del mezclador”, el cual está lleno todo el tiempo. El ácido y el
sólido se mezclan completamente cuando ellos descargan al cono favoreciendo este proceso
la turbulencia creada cuando la pulpa cae sobre la correa transportadora [8]. A continuación
se presenta un esquema del mezclador cónico [23].
Figura : Mezclador cónico.
La correa transportadora avanza lentamente bajo el cono, de modo que su largo total
permita que la pulpa alcance el estado sólido en ella. Sobre la correa y a todo lo ancho,
debe existir una serie de cuchillos en línea que corten el material en franjas angostas.
Inmediatamente sobre la polea terminal de la correa, se encuentra un disgregador “tipo
jaula”, que esparce el superfosfato a medida que el producto se descarga en la cinta. A
continuación, el superfosfato triturado es enviado hacia grandes pilas, donde se le da un
tiempo de reposo suficiente para alcanzar la máxima conversión (tiempo de curado), el cual
varía entre 2 y 4 semanas.
El S.F.T. curado se saca del depósito y se alimenta a un harnero. El tamaño que
excede la malla se muele y recircula; el material fino es enviado a un tambor granulador
rotatorio. Se riega el material con agua y se inyecta vapor por debajo de la capa, para
proporcionar un material granulado húmedo. Los granos húmedos son descargados a un
secador rotatorio. Las partículas secas se tamizan y las que excedan de tamaño se muelen y
recirculan. Los finos regresan al granulador. El rendimiento del proceso es de 1 tonelada de
S.F.T. granulado por 1,02 toneladas de material curado [15].
V.7 Flowsheet del Proceso seleccionado.
A continuación se presentan los principales equipos de proceso y líneas de
producción por medio de diagramas de proceso (flowsheet). Se detalla además las
operaciones unitarias definiendo la notación que se aplicará en el próximo capítulo
referente a los balances de masa y energía y al cálculo de los equipos de proceso.
ETAPAS Y OPERACIONES UNITARIAS DE PROCESO.
CHANCADO DEL MINERAL FOSFORICO:
T1:
Tolva de alimentación primaria.
Al:
Ch1:
M2:
H1:
S1:
S2:
(i):
Alimentador tipo placa.
Chancador de mandíbula primario.
Molino de bolas.
Harnero vibratorio.
Stock pila media.
Stock pila –200 mallas.
Corriente ‘i’ con ‘i’ entre 1 y 6.
FABRICACION DE ACIDO FOSFORICO POR VIA HUMEDA:
MC1:
R1:
ENF1:
SC1:
FL1:
EV1:
SC2:
(i):
Mezclador.
Zona de reacción de múltiples compartimentos.
Enfriador de vacío.
Lavador de gases.
filtro y lavado en contracorriente.
Evaporador (concentración del ácido).
Lavador de gases.
Corriente ‘i’ con ‘i’ entre 1 y 22.
FABRICACION DE SFT GRANULADO:
Do:
MC2:
CF:
DC:
EC1:
TR1:
H6:
EC2:
TA:
AL:
EC3:
GR:
D2:
EC4:
H7:
TR2:
(i):
Dosificador de ácido fosfórico.
Mezclador cónico.
Cinta transportadora (fraguado del superfosfato).
Disgregador cilíndrico.
Elevador de capachos.
Triturador material de primer harneado.
Harnero vibratorio.
Elevador de capachos.
Tolva de alimentación.
Alimentador tipo placa.
Elevador de capachos.
Granulador.
Secador.
Elevador de capachos.
Harnero vibratorio de doble salida.
Triturador material de segundo harneado.
Corriente ‘i’ con ‘i’ entre 23 y 42.
VI Balances de Masa y Energía.
El objetivo de este capítulo es dimensionar los distintos equipos de proceso,
señalando las principales características de ellos, así como establecer los balances de masa
y energía de la planta especificando cada una de las líneas de proceso.
Para desarrollar los balances de masa y energía se utiliza la notación descrita en el
capítulo anterior.
VI.1 Balances de Masa.
VI.1.1 Planta de Chancado.
Se usa como base de calculo 100 unidades físicas (U.F.) de fosforita de 33% en
P2O5. Se asume que no existen pérdidas de masa en los procesos de molienda. La roca
molida en este proceso abastece la materia prima para el proceso húmedo y para la
obtención de superfosfato triple.
Chancador Primario
Entra
Sale
Corriente
C1
C2
C3
Masa (U.F.)
100,0
15
115
Tamaño (pulgadas)
3
+ 0,5
+- 0,5
Harnero Vibratorio
Entra
Sale
Corriente
C3
C2
C4
Masa (U.F.)
115
15
100
Tamaño (pulgadas)
+- 0,5
+ 0,5
- 0,5
Molino de Bolas (M2)
Entra
Sale
Corriente
C5
C6
C7
Masa (U.F.)
100,0
15
115
Tamaño (pulgadas)
- 0,5
+ 0,00299 (*)
+- 0,00299 (*)
(*) Malla -200
VI.1.2 Proceso Húmedo.
Para poder realizar los cálculos deben adoptarse algunos supuestos. El primero y de
mayor relevancia es asumir que la composición de la roca es una media con un 33% de
P2O5. El detalle de la composición de la roca se presenta en el anexo F tabla I.
A continuación se presenta un listado con los principales supuestos [10].
1- Se asume que el 94% en masa del total de P2O5 es recuperado.
2- Se considera que no todo el CaO de la roca reacciona con el ácido debido a la presencia
de SO3, P2O5 insoluble (3,3%) y la formación de CaF2.
3- Basándose en lo anterior, el P2O5 que no reacciona (1%) y el que es insoluble (CaHPO4)
y cocristaliza con el yeso (2,3%) conforman el dato de 3,3% mencionado.
4- El 15% del flúor se combina con CaO para formar CaF2. Podría complicarse más esta
relación ya que en realidad las reacciones son más complejas generando compuestos
insolubles distintos a los mencionados en la torta del filtro; como ejemplo de esto se
menciona al Ca4SO4SiF6(OH)*12H2O.
5- Se asume un exceso de ácido sulfúrico que se calcula asumiendo que el 30% del P2O5
ácido contiene 1,5% libre de ácido sulfúrico.
6- El ácido sulfúrico se aplica con una concentración del 93%.
Estos supuestos permiten construir la tabla III del anexo F. En ellos se observa
el detalle de insumos necesarios para la fabricación de fertilizantes.
Se considera como base de calculo la cantidad de una tonelada de P2O5. Además se
utiliza como supuestos adicionales los siguientes:
1) La cantidad de ácido sulfúrico en el interior del reactor es inferior al 4%.
2) El porcentaje de ácido fosfórico en peso que se recircula al reactor posee una
composición en el rango 15 a 25%.
3) Las concentraciones de entrada del evaporador poseen un 33% en P2O5 y la de
salida del evaporador una concentración que varía entre el 45% y 54%.
A partir de estos datos se presenta el detalle de los
balances de materia por cada uno de los equipos de proceso.
Mezclador
MC1
Sale
Entra
Componentes
L2
L11
L4
Acido Sulfúrico
2780
0
2780
Agua
209
15450
15659
Acido fosfórico
0
3863
3863
Total corriente.
2989
19313
22302
Total balance.
22302
22302
Las unidades están referidas a kilogramos de componente por tonelada de P2O5.
Estas unidades se utilizan como una referencia y serán también empleadas en el resto de
las tablas.
Reactor (R1)
Entra
Sale
Componentes
L4
L1
LR
L5
L3
Acido sulfúrico
2780
250
50
Agua
15659
77985
15597
Acido fosfórico
3863
27505
5501
Ca10F2(PO4)6
2990
0
180
Impurezas
333
2400
438
F
119
65
13
CaSO4*2H20
19460
3892
HF
130
26
SiO2
64
0
SiF4
Total corriente.
22302
3506
Total balance.
0
111
127795
111
25808
25697
25808
Separación entrada de filtro (FL1)
Entra
Componentes
Sale
L3
L9
L10
Acido sulfúrico
50
50
Agua
15597
1247.8
14349.2
Acido fosfórico
5501
1638
3863
Impurezas
618
403
215
F
13
13
CaSO4*2H20
3892
HF
26
26
Total corriente.
25697
3377.8
Total balance.
25697
3892
22319.2
25697
(*) las impurezas consideran la roca no reaccionante.
Filtros y lavados (FL1)
Entra
Sale
Componentes
L10
L14
L11
L15
Agua
14349.24
2367
15450
1266
Acido fosfórico
3863
Impurezas
215
215
CaSO4*2H20
3892
3892
Total corriente.
22319.24
Total balance.
3863
2366.76
19313
24686
5373
24686
La concentración de ácido fosfórico en la línea de recirculación es: 0.20002
Evaporador (EV1)
Entra
Sale
Componentes
L9
L20
Acido sulfúrico
50
50
Agua
1247.8
206.8
Acido fosfórico
1638
1638
Impurezas
403
301
F
13
13
HF
26
Total corriente.
3419.8
Total balance.
3419.8
% P2O5 entrada evaporador: 0.32
% P2O5 salida del evaporador: 0.48
L16
1041
102
26
2208.8
1211
3419.8
Lavador - reactor de gases (SC1):
ENTRA
Componentes
L5
Agua
SiF4
SALE
L6
L7
L8
25,56
12,78
0
111
0
SiO2
21,28
H2SiF6
102,5
Total corriente.
111
Total balance.
25,56
136,56
136,56
0
136,56
Lavador –Reactor (SC2)
ENTRA
Componente
L16
Agua
1041
HF
26
SALE
L22
L18
L19
0
1035
26
SiF4
52
0
SiO2
10
H2SiF6
48
Total corriente.
Total balance.
1067
52
1119
0
1119
1119
VI.1.3 Obtención de S.F.T.
La reacción entre la roca fosfórica (fluorapatita y ácido fosfórico se realiza en
exceso del primer reactivo de modo que el 94% de la fluorapatita reacciona con el ácido.
El balance de masa de esta última etapa del proceso se presenta considera por
una parte la reacción fosforita – ácido fosfórico y además una segunda reacción que
considera la reacción entre sílice y ácido fluorhídrico para formar tetrafluoruro de silicio.
La base de cálculo utilizada es referente a la salida del evaporador del proceso
por vía húmeda.
El detalle de las principales líneas de proceso se menciona por equipos y
presenta a continuación.
Mezclador (MC2):
ENTRA
L23
SALE
Composición
L21
L24
Acido sulfúrico
50
50
Agua
207
10
Acido fosfórico
1638
Impurezas
301
161
462
F
13
9
22
Ca10F2(PO4)6 reacciona.
1204
Ca10F2(PO4)6 no reacciona.
76
76
CaO libre
79
79
SiO2
31
1
SiF4
52
Ca(H2PO4)2*H20
3009
HF
8
Total corriente.
Total balance.
2209
1560
3769
Correa Transportadora (CF):
3769
3769
ENTRA
SALE
Composición
L24
L25
Acido Sulfúrico
50
50
Agua
10
10
Impurezas
462
462
F
22
22
Ca10F2(PO4)6 no reacciona.
76
76
CaO libre
79
79
SiO2
1
1
SiF4
52
Ca(H2PO4)2*H20
3009
3009
HF
8
8
Total corriente.
3769
3717
Total balance.
3769
L22
52
52
3769
Harnero 6 (H6):
Entra
Sale
Componentes
L27
L30
L28
Agua
15
10
5
Sólidos
5647.5
3717
1930.5
Total corriente.
5662.5
3727
1935.5
Total
5662.5
5662.5
Granulador – Secador (GR - D2):
Entra
Composición
L35
L36 (vapor)
Sólido
4063
Agua
26
151.8
Total corriente
4089
151.8
Total
Sale
L34 (agua)
Pérdidas
L37
69.9
3993.1
670
647.1
200.7
670
717
4193.8
4910.8
4910.8
Harnero 7 (H7):
Entra
Sale
Componentes
L38
L42
L41
L39
Agua
235.23
185.2
34.03
16
Sólidos
4694.66
3647.1
701.56
346
Total corriente.
4929.89
3832.3
735.6
347
Total
4929.89
4929.89
VI.1.4 Corrientes Reales de Flujo de Proceso.
La capacidad de producción es de 100000 ton P2O5 basándose en el superfosfato
triple.
La modalidad de operación es de 335 días/año con 24 horas al día o sea en tres
turnos diarios de 8 horas cada uno. Esto ase traduce en producir 28,56 toneladas por hora
del fertilizante, o sea 685,44 toneladas al día.
A partir de los resultados presentados en los balances por equipos y conociendo la
modalidad de operación recién expuesta, se presenta a continuación los flujos de masa de la
planta.
Planta de Chancado:
C1:
37,75 ton/hr.
C2:
5,66
C3:
43,41 ton/hr.
C4:
37,75 ton/hr.
C5:
37,75 ton/hr.
C6:
37,75 ton/hr.
ton/hr.
Proceso Húmedo:
LR: 952,62 ton/hr.
L1:
26,13 ton/hr.
L2:
22,28 ton/hr.
L3:
191,55 ton/hr.
L4:
166,24 ton/hr.
L5:
0,83
L6:
25,56 ton/hr.
L7:
136,48 ton/hr.
L8:
0,0
L9:
25,17 ton/hr.
L10:
166,37 ton/hr.
L11:
143,96 ton/hr.
L12:
40,05 ton7hr.
L13:
40,05 ton/hr.
L14:
17,64 ton/hr.
L15:
40,05 ton/hr.
L16:
9,02
L17:
15,94 ton/hr.
L18:
0,0
ton/hr.
ton/hr.
ton/hr.
ton/hr.
L19:
9,46
ton/hr.
L20:
16,46 ton/hr.
L21:
16,46 ton/hr.
L22:
0,44
ton/hr.
Producción S.F.T.:
L23:
11,62 ton/hr.
L24:
28,10 ton/hr.
L25:
27,71 ton/hr.
L25’: 0,39
ton/hr.
L26:
27,71 ton/hr.
L27:
42,21 ton/hr.
L28:
14,43 ton/hr.
L29:
14,43 ton/hr.
L30:
27,78 ton/hr.
L31:
27,78 ton/hr.
L32:
27,78 ton/hr.
L33:
27,78 ton/hr.
L34:
4,99
L35:
30,48 ton/hr.
L36:
1,13
L37:
31,26 ton/hr.
LP:
5,34
L38:
36,75 ton/hr.
L39:
2,58
ton/hr.
L40:
5,48
ton/hr.
L41:
5,48
ton/hr.
L42:
28,56 ton/hr.
ton/hr.
ton/hr.
ton/hr.
VI.2 Balances de Energía.
VI.2.1 Proceso Húmedo.
Reactor:
La temperatura en el reactor no debe superar los 82 °C. Sin embargo la
reacción que se produce entre el ácido y la roca, es exotérmica. Además la dilución
del ácido genera un calor adicional. En le anexo F se presentan los resultados de
calculo del calor generado. El calor a disipar para ácido de 93% es de 329 Kcal /Kg
de P2O5. El total de roca que entra por hora al reactor es de 26,13 ton, donde el 33%
es P2O5. Por tanto se deben disipar 2836934,1 Kcal/hr [10].
El flujo recirculado para tal efecto es de 952,62 ton/hr, flujo que debe ser
enfriado de modo que pierda el flujo de calor señalado. El calor específico a presión
constante es de 0,8 Kcal/Kg °C. Por tanto si se enfría desde 82°C, la temperatura a
la cual debe llegar el flujo recirculado es de 78,3 °C.
Si se usa agua para enfriar dicha corriente, asumiendo que la temperatura de
entrada de esta es de 15°C, y asumiendo una temperatura de salida de 70°C, el flujo
de agua a suministrar sería de 51,58 ton/hr de agua (Cp agua = 1 Kcal/Kg*°C).
Evaporador:
El ácido fosfórico formado en el reactor se encuentra cerca de 82 °C. Al
abandonar el reactor y ser filtrado, asumimos que pierde calor enfriándose hasta una
temperatura de 70 °C para la entrada del evaporador.
Para el evaporador, es necesario determinar la cantidad de vapor saturado (Ws)
suministrado al sistema para evaporar. Según bibliografía [10] el valor debería ser cercano
a 1,9 veces la masa en P2O5 a concentrar, o sea de unas 15,94 ton/hr de vapor.
Usando balances de energía sin embargo la cifra se encuentra por debajo [23]:
Vapor vivo usado:
1,5 Kgf/cm2
Vacío en las cámaras:
0,63 atm.
Calor latente vapor saturado (λs):
532,3 *103 Kcal/ton
Temperatura de vaporización (T2):
74,3 °C
Temperatura alimentación ácido (T1):
70 °C
Flujo alimentado ácido fosfórico (Mac):
25,17 Ton/hr.
Flujo salida vapor de agua (Mv):
9,02 Ton/hr.
Calor latente vapor salida (λ):
555 Kcal/Kg
Cpac (liq) ácido fosfórico
0,88 Kcal/(Kg°C)
El balance de energía para el evaporador queda definido por [18]:
Ws * λs = Mac * Cpac (T2 – T1) + Mv * λ
Luego Ws = 9,58 ton/hr.
La diferencia entre el dato bibliográfico [10] y el calculado en el balance de energía
puede disminuir si se considera que en este último cálculo no se estimó el calor que se debe
aplicar para generar vapor de agua sobrecalentado que asegure la evaporación mas allá del
cambio de fase.
VI.2.2 Obtención de S.F.T.
Secador Rotatorio:
Para este secador se recomienda realizar el siguiente balance de energía [18]:
Qt = M ⋅ C p ⋅ (Ts − Te ) + E ⋅ 660
donde:
Qt:
Calor transferido (kcal/hr)
M:
Producto húmedo a secar (Kg/hr)
Ts:
Temperatura de producto de salida (°C)
Te:
Temperatura del producto de entrada (°C)
E:
Agua a evaporar (Kg/hr)
Asumiendo:
Te = 40 °C
Ts = 80 °C
Cp = 0,2 Kcal/Kg
M = 30,48 ton/hr
E = 4,8 ton/hr
Se tiene que Qt = 3411840 Kcal/hr.
Se calcula además la temperatura de entrada del aire según la ecuación:
G=
Qt
0,24 ⋅ (te − ts )
donde:
G:
aire o gas (Kg/hr)
te:
temperatura de entrada del aire (°C)
ts:
temperatura de salida del aire (°C)
El valor de G se considera en 26 Ton/hr y ts en 85 °C. Luego, con los datos
señalados se obtiene que te es 631,8 °C.
El consumo de combustible se evalúa de acuerdo a la siguiente expresión [18]:
Cd =
Qt ⋅ 1,2
Hv
donde:
Cd:
Consumo de combustible de diseño (Kg/hr)
Hv:
Poder Calorífico inferior del combustible (Kcal/Kg)
Qt:
Calor transferido = 3411840 (Kcal/hr).
Se conoce el dato de Hv fuel Oil: 11000 (Kcal/Kg).
Luego se consumen 372,2 Kg de Fuel Oil por hora, o sea cerca de 9 toneladas
diarias.
VI.3 Dimensionamiento de Equipos Principales.
VI.3.1 Planta de Chancado.
Para la elaboración de superfosfatos normales y concentrados, la finura de la
molienda varía de 65% en malla menos 200 a 85% en malla menos 200. En general se usan
molinos de bolas en la trituración de roca fosfatada [3]. La capacidad de molienda de las
rocas fosfatadas varía ampliamente según su procedencia. Sin embargo los tamaños de las
rocas deben ser inferiores a los ¾ de pulgada para aplicar el uso de estos equipos; más aún
dado que los porcentajes van entre 65 y 85% el tamaño de alimentación inicial debe ser de
½ a 3/8 de pulgada como máximo. Por esta razón se debe realizar una reducción previa
mediante chancadores.
En general las rocas provenientes de Túnez, Marruecos y de las islas del Pacífico
son más fáciles de pulverizar.
Chancador Primario (Ch1):
El tamaño máximo del mineral recibido desde la mina, será del orden de
las 3 pulgadas [23]. Para una alimentación de este tamaño se espera que el
chancador trabaje con una razón de reducción de 5 a 1 o mayor, por lo tanto el
tamaño máximo de descarga será de 0,6 a 0,5 pulgadas. Considerando además
que la apatita presenta una dureza media, se selecciona el siguiente chancador:
Tipo:
Capacidad máxima:
Razón de reducción:
Potencia consumida:
Triturador Symons de cono estándar.
80 ton/hr
100% roca atraviesa 1 pulgada.
100 HP
5
3
Abertura de la alimentación:
5 − 9 pulgadas (5/1)
8
4
Velocidad:
485 rpm
Tamaño en pies:
4
Descarga:
0,5 pulgadas.
Molino de Bolas (M2):
El molino de bolas utilizado procesa como máximo entre ½ y 3/8 en pulgadas y
posee un tamaño en pies de 11 ½ * 24. La capacidad es de 66 ton/hr si la roca es de Florida.
Para rocas provenientes de Marruecos esta capacidad puede ser del 10 a 30% superior. El
producto posee un porcentaje de la malla –200 del 80%. La potencia total conectada al
sistema es de 35,3 HP-h/ton. Según los cálculos de la planta el flujo no supera las 45 ton/hr,
con lo cual trabajaría entre un 60 a 70 % de su capacidad. La potencia alcanzaría con este
flujo los 1590 HP de potencia [3].
Alimentadores:
Un factor de la productividad de un chancador es la buena o mala distribución de la
alimentación. Alimentando a través de un buzón, por medio de correas alimentadoras, se
reducen los costos de instalación, pero se elevan los costos de operación, debido a la mala
distribución de la alimentación. Esto último causa esfuerzos mecánicos extras, lo que
aumenta el consumo de energía [23].
Para el chancador primario se contempla una tolva de almacenamiento primaria, de
una capacidad de 30 ton/hr. El material será alimentado a través de un alimentador “tipo
placa”, con una capacidad de 50 ton/hr y una potencia efectiva de 1,5 HP.
Para el chancador secundario se considera un
alimentador vibratorio del tipo electromagnético, con una
capacidad individual de 50 ton/hr y una potencia efectiva
de 0,5 HP [3].
Harneros Vibratorios:
El uso de este equipo, y su eficiencia, tiene un efecto
directo sobre la operación del chancador. Tradicionalmente
las plantas de chancado se diseñan con un sistema de
harneado por cada chancador [13]. En el proceso se
contemplan dos etapas de harneado vibratorio: alimentación
desde chancador primario y descarga desde chancador
secundario. Los mejores resultados se logran cuando el
harnero seleccionado es de un 10 a 20% de oversize y una
superficie de harnero de 50% de área abierta. La abertura
rectangular en la superficie de la criba incrementa la
capacidad de harneado de 10 a 50%. La superficie de
harneado se determina según la ecuación [23]:
A=
T
C ⋅ M ⋅ K ⋅Q
donde:
A: Area de harnero requerida (ft2)
T: Toneladas cortas por hora de alimentación al harnero.
C: Capacidad en toneladas cortas por pies cuadrado de área
efectiva de harnero por hora.
M: Factor aplicado por porcentaje de sobretamaño en la
alimentación al harnero.
K: Factor aplicado por porcentaje de alimentación al
harnero pasando la mitad del tamaño de abertura.
Q: Factor adicional dependiente del peso del mineral por
pie cúbico, contenido de humedad, superficie de
tamizado usada, pendiente del harnero, etc.
Harnero (H1):
Las variables en cuestión se obtienen a partir de
experiencias similares, cambiando la escala de operación.
Los datos se obtienen según especificaciones del catalogo
ALLIS CHALMERS [23].
Para el harnero se obtiene:
T:
43,41 ton/hr.
Abertura: 0,6’’
à C = 3,5 ton corta/ft2
Sobretamaño: 15%
à M = 0,96
Porcentaje que pasa 0,3”: 40%
à K = 1,0
Se asume Q = 1,2
A=
43,41
= 10,8 ft 2
3,5 ⋅ 0,96 ⋅ 1 ⋅ 1,2
Correas Transportadoras:
Las correas transportadoras cumplen la función de
trasladar gran cantidad de material a través de grandes
distancias con un costo muy bajo si se compara con otros
sistemas de transporte.
El ancho mínimo de una correa para transportar un
cierto volumen requerido de material, depende de la
velocidad y de la carga permisible en el área seccional sobre
la correa. La carga seccional en la correa se determina según
el ángulo de los polines, que en el caso de minerales de
apatita es del orden de 20°.
El cálculo del ancho de la correa y la potencia
consumida se determinan mediante la siguiente relación:
V = KD2
Donde:
V: flujo volumétrico de material (ft3/hr).
D: ancho de la correa (pulgadas)
K: constante con valor 3,5
La fórmula anterior es válida para velocidades de correa (v) de 100 ft/min. El largo
de la cinta se fija según necesidades, la que junto a datos de densidad, velocidad y ancho
determinan la potencia consumida (usando gráficos) [23].
Cálculo del ancho de las correas:
La densidad promedio del material es de 75 - 85 lb/ft3. Se necesita transportar
alrededor de 44 ton/hr de mineral. Luego se tiene:
V:
1294
ft3/hr.
v:
100
ft/min.
K:
3,5
Luego D es de 19,2 pulgadas.
Las correas a utilizar son las siguientes:
Tipo:
Transportador de banda
Anchura de la banda:
20 pulgadas
Velocidad de la banda:
100 pie/min
Tamaño terrones:
Menores a 3 pulgadas.
Capacidad:
45 ton/hr. (75 lb/pie3)
HP/ elevación 10 pies:
0,52
HP/ por centros de 100 pies: 0,61
HP descargador:
1,00
Por tanto, la longitud de las correas determina los HP a utilizar. Por cada 9 metros
de correa con inclinación 20°, se consumen cerca de 0,52 HP.
Se especifican a continuación las dimensiones de las correas y la potencia [3]:
a) 2 correas 15 mts (corresponde al traslado de las pilas): 1,8 HP
b) 2 correas de 20 metros (alimentación a las plantas):
2,3 HP
Total: 4,1 HP
VI.3.2 Proceso Húmedo:
Reactor (R1):
En este reactor se lleva a cabo la reacción entre el ácido sulfúrico y la roca fosfatada
(33% P2O5). Para este proceso se utilizará un reactor rectangular que se divide
conceptualmente en dos secciones, una correspondiente al ataque de la roca y otra que se
refiere a la etapa de digestión. Cada una de estas secciones esta provista de agitación. Para
lograr una buena conversión en el reactor se otorga al material un tiempo de residencia de 4
horas, donde una hora se asigna a la sección de ataque y tres horas se asocian a la de
digestión.
Cálculo del reactor:
El volumen del reactor se fija como la suma de los volúmenes de la sección de
ataque y digestión [23]:
Sección de ataque:
Flujo másico:
1145 ton/hr.
Densidad de la pulpa:
1,3 ton/m3.
Tiempo de residencia:
1 hora.
Luego el volumen de la sección de ataque (Va) es: 881 m3.
Sección de digestión:
Flujo másico:
191,55 ton/hr.
Densidad de la pulpa:
1,3 ton /m3
Tiempo de residencia:
3 horas.
Luego el volumen de la sección de digestión (Vd) es: 442 m3.
El volumen total del reactor (Vr) es luego: (442 + 881) m3 = 1323 m3.
Dado el tamaño tan grande del reactor, se decide el uso de 2 reactores en paralelo
cuyo volumen será de 661,5 m3.
Diseño del reactor:
Para satisfacer el volumen de reacción se establecen las siguientes dimensiones:
Altura (H):
3,4 m
Ancho (d):
8m
Largo (l):
26 m
La sección de ataque tendrá un largo de 17,5 m y estará dividida en cinco
compartimentos, todos ellos con iguales dimensiones. La sección de digestión tendrá un
solo compartimento de largo de 8,5 m. El reactor se construirá de concreto y se revestirá
con caucho. Se dispondrá de bafles o cortacorrientes en las paredes y en el fondo para
favorecer la agitación.
En la zona de ataque la agitación se hará mediante dos agitadores por
compartimento haciendo un total de 10 unidades por reactor. La zona de digestión contará
con un solo agitador de mayor tamaño.
Los agitadores elegidos tienen las siguientes características:
Agitador zona ataque:
Tipo:
turbina.
Diámetro paletas:
1,2 m
Número de paletas:
6
Potencia consumida: 15 HP
Número de unidades: 20
Agitador zona digestión:
Tipo turbina.
Diámetro paleta:
2,7 m
Número de paletas:
6
Potencia consumida: 50 HP
Número de unidades: 2
Filtro (FL1):
El filtro corresponde al tipo “correa horizontal continua”, (belt filter), de vacío. En
la sección inicial de esta cinta se efectúa la filtración propiamente tal. El resto de la sección
se emplea para realizar las dos etapas posteriores de lavado.
La capacidad máxima de filtrado de este equipo es de 3 toneladas de roca, base seca,
por pie cuadrado de filtro y por día, promediando en operación 1,5 a 2,0 ton roca /(ft2 dia)
Las características del filtro seleccionado son [23]:
Alimentación sólidos secos:
726
ton/día
Capacidad máxima de filtrado:
3
ton roca/(ft2 día)
Capacidad promedio de filtrado:
1,5
ton roca/(ft2 día)
Área total de filtro:
485
ft2
Velocidad de avance:
7 a 14 ft/min. (2,2 a 4,3 mts/min)
Número de unidades necesarias:
2
Evaporador:
El evaporador usado concentra ácido fosfórico desde un 34 a un 51% en peso de
P2O5. La ecuación de diseño es [25]:
Ws * λs = A * U * ∆T
Donde:
Ws:
vapor saturado de calentamiento (ton/hr)
λs:
calor latente de vaporización (Kcal/ton)
U:
coeficiente global de transferencia de calor {Kcal/(hr m2 °C)}
A:
área de transferencia de calor (m2)
∆T:
diferencia de temperatura entre el líquido y el vapor en la cámara (°C), o sea
entre la temperatura de saturación del vapor (Tsat) y la de evaporación del ácido (Tvap) a la
presión existente en el evaporador.
Condiciones de operación:
Alimentación:
Acido fosfórico;
25,17 ton/hr.
Descarga:
Acido fosfórico;
16,46 ton/hr.
Vapor saturado;
8,8
ton/hr
Impurezas;
0,22
ton/hr.
Vapor vivo usado:
1,5 Kgf/cm2
Vacío en las cámaras:
0,63 atm.
λs:
532,3 *103 Kcal/ton
U:
3420 Kcal/(m2 hr °C)
Tsat:
110,7 °C
Tvap:
74,3 °C
Falta determinar el flujo de vapor saturado (Ws), para dimensionar el área de
transferencia necesaria. El cálculo de este parámetro se obtiene mediante balances de
energía. El valor de Ws es 9,58 ton/hr.
Luego evaluando los valores en la ecuación de diseño se despeja el área de
transferencia de calor cuyo valor es:
A = 41 m2
El evaporador será del tipo “vertical de tubos largos”, con sistema de calentamiento
externo y flujo ascendente. Los tubos serán de acero revestido con grafito.
La selección se hace en función del área de transferencia y se adquiere con todos
los accesorios correspondientes, o sea, tuberías de vapor y condensado, bombas y bases,
eyectores, condensador, etc.
Bombas:
Cálculo de Bombas:
Las características de una bomba se presentan basándose en su altura de elevación y
caudal impulsado. Ambos antecedentes constituyen los parámetros de selección, los que
deben acondicionarse a la disponibilidad de bombas en el mercado [17].
La altura de elevación teórica de una bomba se determina a partir de la ecuación de
energía aplicada a un fluido incompresible y en estado estacionario:
2
2
V1
p
V
p
+ 1 + h1 = 2 + 2 + h2 + He + ∆Η
2g χ
2g χ
donde:
V: velocidad del fluido (m/seg)
p: presión (N/cm2)
h: altura geométrica (m)
g: 9,8 (m/s2)
χ : ρ⋅g
ρ : densidad (gr/cm3)
He: altura de elevación efectiva (m)
∆Η : pérdida de carga (m)
El cálculo de las velocidades se hace a partir del flujo volumétrico de fluido y del
diámetro óptimo económico de tubería. En el caso de pulpas, dicho diámetro debe
satisfacer las condiciones de velocidad límite. El cálculo de propiedades físicas de pulpas y
las condiciones de operación límites en el bombeo, se encuentran en literatura.
Las pérdidas de carga totales se obtienen a partir de las pérdidas por fricción y por la
existencia de singularidades en la red. Par estimar esta variable se debe suponer además la
longitud total de la tubería [23].
La potencia de la bomba (PB) se evalúa a través de la expresión [18]:
PB =
∆H t ⋅ Q f ⋅ d
nB ⋅ 550
donde:
PB :
Potencia al freno requerida (HP)
Qf :
flujo volumétrico de fluido a bombear (ft3/seg)
d:
densidad del fluido (lb/ft3)
nB:
eficiencia de la bomba.
∆H t : altura de impulsión (ft)
550:
factor de conversión.
Bomba1:
Esta bomba se usará para impulsar la pulpa de reacción, que corresponde al
producto, hasta el filtro. El flujo total de producto es 191,55 ton/hr; pero como existen dos
filtros el flujo impulsado por cada bomba será 95,8 ton/hr. Luego se tiene:
Flujo másico:
95,8 ton/hr.
Densidad de pulpa:
1,3 ton/m3
Diámetro de tubería:
15,22 cm
Altura de elevación teórica (He):
1,35 mts
Potencia efectiva (nB = 70%):
0,67 HP
(4,43 pies)
La bomba seleccionada tiene las siguientes características:
Tipo:
Duke & Ockenden 3” x 3”
Potencia:
8,6 HP
Flujo volumétrico:
73,7 m3/hr (324 gal/min)
Número de unidades requeridas:
1
Bomba 2:
Su función es impulsar el producto de reciclo, desde la sección de digestión hasta el
segundo o tercer compartimento de la sección de ataque. El resultado teórico se define
como:
Flujo másico:
952,62 ton/hr (317.54 ton/hr * 3)
Densidad de pulpa:
1,3 ton/m3
Diámetro de tubería:
44,7 cm (10,74 cm por cada bomba)
Altura de elevación teórica (He):
1,5 mts
Potencia efectiva (nB = 70%):
6,5 HP (0,9 HP por cada bomba)
(4,92 pies)
La bomba seleccionada tiene las siguientes características:
Tipo:
10 x 8 x 13 HOC
Potencia:
10 HP (1000 rpm)
Flujo volumétrico por unidad:
288 m3/hr
Flujo volumétrico deseado:
732,8 m3/hr (3226 gal/min)
Número de unidades requeridas:
3
Bomba 3:
Esta bomba se usa para transportar el ácido sulfúrico desde almacenamiento al
mezclador (MC1). Las especificaciones se mencionan a continuación:
Flujo másico:
22,28 ton/hr
Densidad de pulpa:
1,8 ton/m3
Diámetro de tubería:
7,46 cm
Altura de elevación teórica:
7 mts
Potencia efectiva (nB = 45%):
1,3 HP
(22,96 pies)
La bomba seleccionada tiene las siguientes características:
Tipo:
Centrifuga Lee – Howl, sin prensaestopas (para ácidos)
Potencia:
1,5 HP
Flujo volumétrico:
12,4 m3/hr (54,5 gal/min)
Número de unidades requeridas:
1
Bomba 4:
Esta bomba impulsa el fluido del mezclador MC1 al reactor. Las características
principales son las siguientes.
Flujo másico:
166,24 ton/hr
Densidad de pulpa:
1,4 ton/m3
Diámetro de tubería:
19,9 cm
Altura de elevación teórica:
5 mts
Potencia efectiva (nB = 70%):
4,33 HP
(16,4 pies)
La bomba seleccionada tiene las siguientes características:
Tipo:
Wallace & Tiernan, de diafragma.
Potencia:
5 HP
Flujo volumétrico:
118,8 m3/hr (522,8 gal/min)
Número de unidades requeridas:
1
Bomba 5:
Es la bomba necesaria para evacuar el ácido fosfórico de filtración hasta los
evaporadores. Se utilizará una bomba la cual dirige el fluido a un estanque. Se tiene luego:
Flujo másico:
25,17 ton/hr
Densidad de pulpa:
1,2 ton/m3
Diámetro de tubería:
8,9 cm
Altura de elevación teórica:
6 mts
Potencia efectiva (nB = 55%):
1 HP
(19,68 pies)
La bomba seleccionada tiene las siguientes características:
Tipo:
3 x 2 x 8 HOC
Potencia:
1 HP (1450 rpm)
Flujo volumétrico:
21 m3/hr (92,4 gal/min)
Número de unidades requeridas:
1
Bomba 6:
Se usará para retirar el ácido proveniente del primer lavado para alimentar el
mezclador (MC1).
Flujo másico:
143,96 ton/hr
Densidad de pulpa:
1,1 ton/m3
Diámetro de tubería:
20,11 cm
Altura de elevación teórica:
9 mts.
Potencia efectiva (nB = 75%):
6,3 HP
(29,53 pies)
La bomba seleccionada tiene las siguientes características:
Tipo:
Alfa – Laval, centrífuga, serie HH - 3
Potencia:
8 HP
Flujo volumétrico:
130,9 m3/hr (576,2 gal/min)
Número de unidades requeridas:
1
Bomba 7:
Se utilizará para bombear el agua de lavado necesaria para el filtro. Las
características son las siguientes:
Flujo másico:
17,64 ton/m3
Densidad del agua:
1 ton/m3
Diámetro de tubería:
8,1 cm
Altura de elevación teórica: 18 mts
Potencia efectiva (45%):
(59 pies)
2,5 HP
La bomba seleccionada tiene las siguientes características:
Tipo:
Duke & Ockenden, de diafragma para aguas.
Potencia:
3 HP
Capacidad:
1790 rpm
Flujo volumétrico:
17,7 m3/hr (77,7 gal/min)
Número de unidades requeridas:
1
Bomba 8:
Su función es bombear el agua evaporada para su posterior uso en la etapa de
lavado. Las condiciones técnicas son las siguientes:
Flujo másico:
9,02 ton/hr.
Densidad del agua:
1 ton/m3
Diámetro de tubería:
5,95 cm
Altura de elevación teórica:
3 mts
Potencia efectiva (nB = 40%):
0,25 HP
(9,84 pies)
La bomba seleccionada tiene las siguientes características:
Tipo:
Duke & Ockenden de diafragma para aguas.
Potencia:
1,1 HP
Capacidad:
2000 rpm
Flujo volumétrico:
9,02 m3/hr (39,7 gal/min)
Número de unidades requeridas:
1
Bomba 9:
Se usará para bombear el ácido fosfórico concentrado desde la salida del evaporador
hasta la planta de producción de S.F.T. La bomba que se requiere debe cumplir:
Flujo másico:
16,46 ton/hr
Densidad de pulpa:
1,3 ton/hr
Diámetro de tubería:
3,27 cm
Altura de elevación teórica:
7 mts
Potencia efectiva (nB = 40%):
1,05 HP
(22,96 pies)
La bomba seleccionada tiene las siguientes características:
Tipo:
Alfa Laval, Centrífuga, tipo GM
Potencia:
1,5 HP
Flujo volumétrico:
12,66 m3/hr (55,74 gal/min)
Número de unidades requeridas:
1
Estanques:
Estanque 1:
Este estanque es necesario para recibir el agua de condensación (9,02 ton/hr, con
densidad de 1 gr/cc), proveniente del evaporador. El estanque cilíndrico, se dimensiona
para mantener el flujo volumétrico de media hora, luego se tiene [23]:
Diámetro:
2 mts.
Altura:
2 mts.
Estanque 2:
Se emplea para mantener un stock intermedio de ácido fosfórico que se alimenta al
evaporador (25,17 ton/hr, densidad del ácido fosfórico puro 1,83 gr/cc, al 33% de ácido).
Las dimensiones del estanque cilíndrico serán tal de mantener una carga de ácido
equivalente a media hora. Se asumirá una densidad media de 1,2 gr/cc. Luego el tamaño es
tal que [18]:
Diámetro:
2,5 mts.
Altura:
2,5 mts.
VI.3.3 Proceso de obtención de S.F.T. granulado.
Alimentador y Báscula:
El material fosfatado es alimentado a una tolva receptora, ubicada sobre una báscula
de alimentación. El equipo consiste en [3]:
Báscula
Tipo:
Merrick - Feedweight
Capacidad:
20 ton/hr
Alimentador
Tipo:
tolva y tornillo
Capacidad:
20 ton/hr
Potencia:
1 HP
Número de unidades requeridas:
1
Correas Transportadoras:
Correa 1:
La descarga del mezclador es recibida en esta correa transportadora de caucho, que
avanza horizontalmente bajo el mezclador. La cinta debe correr sobre una cubeta guía.
Sobre la correa se ubican una serie de cuchillos que cortan el superfosfato en tiras angostas.
Las características de la correa, para tener un tiempo de residencia del material del orden de
50 segundos, son [23]:
Ancho, D:
0,6 m
Largo, L:
12 m
Velocidad de avance: 12 a 13 m/min
Potencia:
0,1 Hp
Capacidad:
30 ton/hr.
Correa 2:
El superfosfato, endurecido y triturado, que proviene de la banda transportadora del
mezclador, es enviado por medio de una correa transportadora hacia las pilas de curado.
Las características de estas son:
Ancho, D:
0,5 m
Largo, L:
10 m
Velocidad de avance: 30 m/min
Potencia:
0,1 HP
Capacidad:
30 ton/hr.
Correa 3:
Los finos de la última etapa de harneado del S.F.T. granulado, son recirculados al
granulador. El flujo másico a transportar es de 2,58 ton/hr. Estos son enviados a través de
una correa transportadora que cumple los siguientes requisitos:
Ancho, D:
0,76 m
Largo, L:
45 m
Potencia:
0,1 HP
Velocidad:
1 a 2 m/min
Capacidad:
2 a 5 ton/hr.
Mezclador:
El proceso de mezclado de roca fosfórica y ácido fosfórico se realiza en un
mezclador cónico invertido. El ácido es alimentado a través de cuatro tubos equidistantes a
lo largo del perímetro del mezclador. Cada tubo está provisto de una boquilla terminal de
45°. El equipo se presenta a continuación con sus dimensiones [23]:
Disgregador:
Un disgregador rotatorio montado sobre la correa transportadora del mezclador, en
un punto inmediatamente sobre la polea de cabeza, disgrega el superfosfato a medida que
este va descargando desde la correa transportadora. Las dimensiones y características del
equipo son:
Tipo:
Jaula
Diámetro:
0,6 m
Largo:
0,6 m
Potencia:
5 HP
Velocidad de rotación:
90 rpm
Número de cuchillos:
12 (paralelos al eje de rotación y de acero inoxidable)
Capacidad:
30 ton/hr
Número de unidades:
1
Harneros:
Harnero vibratorio:
El superfosfato curado y triturado, es previamente harneado antes de ser enviado al
granulador. Para tal efecto, el harnero vibratorio plano, calculado debe cumplir con [13]:
Capacidad:
43 ton/hr
Area total requerida:
48,5 ft2
Abertura:
1/16”
Potencia:
3 HP
Harnero vibratorio 2:
El S.F.T. granulado, cuyo tamaño varía entre 4 y 8 mallas, (0,185’’ a 0,093’’), es
obtenido al retirar la fracción sobre 4 mallas e inferior a 8 mallas; para esto se utiliza un
harnero vibratorio de doble cubierta que cumple con las siguientes condiciones [23]:
Malla superior:
Capacidad:
37 ton/hr
Area total:
33 ft2
Abertura:
0,185 pulgadas
Malla inferior:
Capacidad:
32 ton/hr
Area total:
16 ft2
Abertura:
0,093 pulgadas
Potencia total: 4 HP
Trituradores:
Molino de bolas:
El material con sobretamaño de S.F.T. curado, descartado en el primer harnero,
equivalente a 14,43 ton/hr, debe ser triturado a tamaños más finos. Para esto se hace uso de
un molino de bolas cuyas características son [3]:
Tipo:
Molino de bolas Marcy
Tamaño:
5 x 8 pies
Capacidad:
20 ton/hr
Tamaño de descarga: 100% menor a 20 mallas
Potencia Instalada:
80 HP
Potencia:
0,375 HP/ (ton/hr)
Molino de Jaula:
El sobretamaño de S.F.T. granulado, producido en la separación de tamaños en el
último harnero de doble cubierta, equivalente a 5,48 ton/hr, debe ser triturado y recirculado
nuevamente a dicho harnero. El molino que se utiliza tiene por características [23]:
Tipo:
Molino de Jaula
Tamaño:
30 pulgadas
Número de líneas:
4
Número de motores:
2
Velocidad de rotación:
1200 rpm
Potencia total:
20 HP
Capacidad:
5 a 7 ton/hr
Número de unidades requeridas:
1
Elevadores de Capachos:
Su selección se hace basándose en el flujo másico y densidad del material tratado,
recurriendo a tablas o manuales [3].
Elevador 1:
El S.F.T., curado, cuya densidad varía entre 0,85 y 0,9 gr/cm3, debe ser transportado
hasta el primer harnero ubicado a una altura del orden de 7 m. La cantidad total de material
tratado es de 27,71ton/hr. Luego, el elevador seleccionado cumple las siguientes
especificaciones:
Tipo:
Descarga centrífuga
Tamaño de capacho:
10 x 6 x 6 ¼ (pulgadas)
Capacidad:
52 ton/hr, (100 lb/pie3 o 1,6 gr/cc)
Elevación de los centros:
75 pies
Velocidad de los capachos: 260 pie/min
Potencia total requerida:
7,2 HP
Anchura de la banda:
11 pulgadas.
Número de unidades:
1
Elevador 2:
El undersize del primer harnero debe ser enviado hasta una tolva de recepción que
se encuentra a una altura de 6 a 7 metros, desde la cual se alimentará el material al sistema
de granulación. El total de superfosfato transportado es del orden de 27,78 Ton/hr. Para tal
efecto, el elevador seleccionado es:
Tipo:
Descarga centrífuga
Tamaño del capacho:
10 x 6 x 6 ¼ (pulgadas)
Capacidad:
52 Ton/hr., (100 lb/pie3)
Elevación de los centros:
75 pies
Velocidad de los capachos: 260 pie/min
Potencia total requerida:
7,2 HP
Anchura de la banda:
11 pulgadas
Número de unidades:
1
Elevador 3:
El tercer elevador trata 30,36 ton/hr, (0,85 – 0,9 gr/cm3), provenientes de las
corrientes 33 y 39. Las características de este elevador son:
Tipo:
Descarga centrífuga
Tamaño del capacho:
12 x 7 x 7 ¼ (pulgadas)
Capacidad:
75 Ton/hr., (100 lb/pie3)
Elevación de los centros:
25 pies
Velocidad de los capachos: 260 pie/min
Potencia total requerida:
4,7 HP
Anchura de la banda:
13 pulgadas
Número de unidades:
1
Elevador 4:
El cuarto elevador trata 36,74 ton/hr, (1,1 a 1,2 gr/cm3), provenientes de las
corrientes 37 y 40. Las características de este elevador son:
Tipo:
Descarga centrífuga
Tamaño del capacho:
12 x 7 x 7 ¼ (pulgadas)
Capacidad:
75 Ton/hr., (100 lb/pie3)
Elevación de los centros:
25 pies
Velocidad de los capachos: 260 pie/min
Potencia total requerida:
4,7 HP
Anchura de la banda:
13 pulgadas
Número de unidades:
1
Granulador:
El S.F.T. curado, de una fineza adecuada, es tratado en
un granulador cilíndrico por espacio de una hora
aproximadamente. Se deben tratar 30 toneladas de material
aproximadamente. El equipo seleccionado tiene las
siguientes características:
Diámetro:
2 mts
Largo:
8 mts
Capacidad de sólidos:
18 ton/hr
Potencia requerida:
5 HP
N° unidades:
2
Condiciones de Operación:
Tiempo de retención del material:
1 hr
Inyección de agua por ton/hr de alimentación:
0,16 ton
Inyección de vapor por ton/hr de alimentación:
0,036 ton
Secador Rotatorio:
El S.F.T. descargado del granulador, con un contenido de humedad de 15 al 25% es
secado hasta una humedad máxima de 4% [23]. Las condiciones de operación son las
siguientes [12]:
Alimentación:
30,48 ton/hr
Cp sólido:
0,2 Kca/ Kg
Temperatura de entrada del sólido: 40 °C
Temperatura de salida del sólido:
80 °C
Flujo de entrada del aire (G):
26000 Kg/hr
Humedad de entrada de aire:
0,01 Kg agua/Kg aire seco
Temperatura de entrada de aire:
631,8 °C
Temperatura de salida de aire:
85 °C
Humedad de salida de aire:
0,196 Kg agua/ Kg aire seco.
Velocidad másica del aire (Gs):
6000 Kg/hr*m2
Temperatura de bulbo húmedo:
24 °C.
Se calculan las siguientes variables [18]:
Diámetro:
D=
G ⋅ 1,3
0,785 ⋅ Gs
Largo:
L=
Qt
0,68 ⋅ D ⋅ (Gs )0,67 ⋅ ∆tm
donde:
Qt:
calor transferido
∆tm : diferencia media logarítmica entre la temperatura de entrada y salida del gas y la de
bulbo húmedo.
Luego las características del secador son las siguientes:
Diámetro: 2,7 mts
Largo: 23 mts.
Potencia total consumida: 30 HP
Horno de combustión:
El aire secado, del S.F.T. granulado, debe ser calentado desde 27°C hasta 631,8°C
en un horno de combustión, a humedad constante.
El calor total transferido es del orden de 3411840 Kcal/hr.
Tamaño: 13 m3.
Como combustible líquido se usará Fuel Oil N°5, cuyo consumo alcanza: 9 ton/día.
VII.
Inversiones.
El cuadro siguiente resume las inversiones necesarias para el anteproyecto. Los
costos de los equipos se han obtenido de la literatura [18] y actualizado mediante el uso de
índices de M & S con valor al año 2000 de 1080,6 [4]. Para el detalle de los costos
involucrados se debe revisar el anexo G. La paridad cambiaria es 1US$ = $540 [31].
PROCESO
ITEM
Chancado (US$)
Ácido fosfórico (US$)
S.F.T. (US$)
663.906
3.397.988
1.656.617
Obras Civiles
162.070
1.019.396
115.963
Instrumentación
99.586
509.698
248.493
Aislación
5.107
203.879
23.193
13.278
67.960
33.132
Costo equipos
instalados
Pinturas y
terminaciones
Instalación
eléctrica
Instalaciones
auxiliares
Edificios, servicios
66.391
204.279
165.662
1.437.610
509.728
993.970 + 382.296 +
127.674
784.151 + 407.758
1.342.291
7.828.440
4.543.208
Terreno
30.642
156.830
76.459
Ingeniería
228.189
1.174.266
681.481
Contingencias
335.573
1.565.688
908.642
Construcción
134.229
782.844
454.321
728.633
3.679.628
2.120.903
y otros
Total activo
inmovilizado
Total costo
indirecto
165.661 + 248.493
Tabla resumen de las inversiones del proyecto.
Proceso Húmedo
S.F.T.
1.342.291
7.828.440
4.543.208
Costo Indirecto
728.633
3.679.628
2.120.903
Total por planta
2.070.924
11.508.068
6.664.111
Chancado
Costo Directo
Total inversión fija
20.243.103
Capital de trabajo
12.541.500
El capital de trabajo se estima para las tres plantas en conjunto. El valor señalado se
deriva a partir de cálculos realizados en el anexo G. Se observa así que la inversión fija
alcanza la cifra de US$ 20.243.103 y el capital de trabajo asciende a US$ 12.541.500. La
cifra total por tanto es de US$ 32.781.603.
VIII Costos.
Se calculan en este capítulo los costos fijos y variables, como también el costo de
producción sobre la base de ingreso por venta de los productos y a los costos totales, se
determina el punto de equilibrio, que indica el porcentaje de capacidad mínima de
operación de la planta.
VIII.1 Costos Fijos.
VIII.1.1 Mano de obra y supervisión.
Se deben fabricar 298,5 TON al día (trabajando 335 días) de S.F.T. con contenido
en P2O5. Existen 7 etapas principales de operación relativas a las 3 plantas. Usando la
relación:
M = 15,2 * P0,25
Donde:
P: capacidad de la planta en ton/día
M: horas hombre necesarias.
Luego
M=
63 horas hombre por etapa.
Ya que son 7 etapas, se requieren 441 horas hombre en total. Ya que la planta
operará en forma continua en tres turnos de 8 horas, el personal por turno sería de 18
hombres por turno.
El costo de sueldos y salarios, se calcula sobre la base del personal necesario
estimado, como se muestra en la siguiente tabla:
Sueldos y Salarios:
PERSONAL DE LA
CANTIDAD
PLANTA
SUELDO
COSTO
UNITARIO UNITARIO
COSTO
TOTAL
(US$/MES)
(US$/MES)
(US$/MES)
Administrador
1
3750
4500
4500
Jefe de Adquisiciones y
1
2100
2520
2520
Secretaria
2
1000
1200
2400
Subgerente de planta
1
3000
3600
3600
Laboratorista químico
1
2000
2400
2400
Jefe de turno
3
2500
3000
9000
Operador de reactor
6
630
756
4536
Operador de filtro
6
630
756
4536
Operador de granulador
6
630
756
4536
Operador de molienda
3
630
756
2268
Operador de evaporador
3
630
756
2268
Chofer de cargadores
3
630
756
2268
Cuidador
3
500
600
1800
Jefe de taller
2
1000
1200
2400
Mecánico
5
750
900
4500
Electricista
3
750
900
2700
Instrumentista
1
1000
1200
1200
Cocinero
1
630
756
756
Ayudante
3
500
600
1800
TOTAL
54
ventas
60888
El costo unitario está compuesto por el sueldo unitario y las leyes sociales, que
corresponden a un 20% sobre el sueldo líquido.
Costo mensual de sueldos y salarios =
US$ 60.888
VIII.1.2 Depreciación.
VIII.1.2.1 Depreciación del activo inmovilizado.
El costo físico de la planta (activo inmovilizado) sin incluir el valor del terreno ni de
las obras civiles se deprecia en 15 años.
Monto a depreciar
= US$ 10.626.678
Depreciación
= US$ 708.445 / año
VIII.1.2.2 Depreciación de edificaciones.
Las edificaciones se deprecian en 25 años, traduciéndose esto en una pérdida del
valor del 4% anual.
Monto a depreciar
= US$ 3.087.261
Depreciación
= US$ 123.490 / año
Luego la depreciación total es = US$ 831.935 / año
VIII.1.3 Mantención.
El costo de mantención de la planta, se estima en un 2% anual del activo
inmovilizado.
Costo de mantención = US$ 274.279 / año
VIII.1.4 Seguros.
El costo del seguro de la planta se calcula como un 1% del activo inmovilizado.
Costo de seguro =
US$ 137.139/ año
VIII.1.5 Gastos Generales.
Este valor se estima como el 50% de los sueldos y salarios anuales.
Costo de gastos generales = US$ 365.328 / año
VIII.1.6 Interés del préstamo.
Las condiciones del préstamo son las siguientes:
Monto :
75% del costo físico total de la planta.
Plazo :
10 años con dos años de gracia.
Interés :
15% anual sobre el saldo insoluto.
Forma de pago:
Cuotas anuales iguales de amortización e interés.
Ya que el costo total de la planta = US$ 20.240.103 se tiene:
Monto de préstamo
=
US$ 15.180.077
Inversión fija (propia)=
US$ 5.060.025
El capital de trabajo lo financia el privado íntegramente el primer año: US$ 12.541.500
La cuota anual “a” de reembolso constante está dada por:
a = frc * P
donde:
frc :
factor de recuperación del capital.
P:
monto del préstamo.
frc =
i (1 + i )n
(1 + i )n − 1
donde:
i:
tasa de interés del préstamo
n:
período de pago del préstamo
ya que
i=
0,12
n=
(10-2) = 8
frc
= 0,2013
a
= 3.055.792,7
Si se descompone la cuota anual en amortización e interés, se obtiene la siguiente
tabla de valores:
Servicio del préstamo.
AÑO
DEUDA US$ ANUALIDAD AMORTIZACIÓN
INTERÉS
(US$/AÑO)
(US$/AÑO)
(US$/AÑO)
0
15.180.077,0
1.821.609,3
0,0
1.821.609,3
1
15.180.077,0
1.821.609,3
0,0
1.821.609,3
2
15.180.077,0
3.055.792,7
1.234.183,4
1.821.609,3
3
13.945.893,6
3.055.792,7
1.382.285,5
1.673.507,2
4
12.563.608,1
3.055.792,7
1.548.159,7
1.507.633,0
5
11.015.448,4
3.055.792,7
1.733.938,9
1.321.853,8
6
09.281.509,5
3.055.792,7
1.942.011,6
1.113.781,1
7
07.339.497,9
3.055.792,7
2.175.053,0
880.739,7
8
05.164.444,9
3.055.792,7
2.436.059,3
619.733,4
9
02.728.385,6
3.055.792,7
2.728.386,4
327.406,3
TOTAL
0,0
28.089.560,2
15.180.077,8
12.909.482,4
(US$)
Costo total del préstamo = US$ 12909482,4
Con el interés de tener un valor medio de los intereses anuales, se divide el costo
total del préstamo por el número de años durante los cuales se pagan intereses, y se estima
que el valor resultante es el costo del interés del préstamo.
Costo del interés del préstamo = US$ 1290948,24 / año
VIII.1.7 Resumen de Costos Fijos.
A continuación se presenta una tabla resumen de los costos fijos:
ITEM
COSTO (US$/AÑO)
Mano de obra y supervisión
730.656
Depreciación
831.935
Mantención
27.279
Seguros
137.139
Gastos Generales
365.328
Interés del préstamo
1.290.948
TOTAL DE COSTOS FIJOS
3.630.285
VIII.2 Costos Variables.
VIII.2.1 Inventario de Materias Primas.
VIII.2.1.1 Acido sulfúrico
Consumo Mensual
= 15.223 TON
Precio Estimado
= 30 US$ / TON
Costo Mensual
= US$ 456.690
Costo Anual
= US$ 5.480.280
Costo por TON S.F.T.
= US$ 23,87
VIII.2.1.2 Roca Fosfórica
Consumo Mensual
= 27.180 TON
Precio
= US$ 30 / TON.
Costo Mensual
= US$ 815.400
Costo Anual
= US$ 9.784.800
Costo por TON S.F.T.
= US$ 42,61
VIII.2.2 Suministros.
VIII.2.2.1 Energía Eléctrica.
Consumo Mensual
= 1.300.000 KWH / mes
Precio
= US$ 0,07 / KWH
Costo de energía eléctrica
= US$ 91.000 / mes
Costo Anual
= US$ 1.092.000
Costo por TON S.F.T.
= US$ 4,76
VIII.2.2.2 Agua de proceso.
3
Consumo Mensual
= 37.440 m / mes
Precio
= US$ 2 / m
Costo de agua de proceso
= US$ 74.880 / mes
Costo Anual
= US$ 522.095,48
Costo por TON S.F.T.
= US$ 2,27
3
VIII.2.2.3 Fuel Oil N°5.
Consumo Mensual
= 270 TON / mes
Precio
= US$ 312 / TON
Costo de Fuel Oil
= US$ 84.240 / mes
Costo Anual
= US$ 1.010.880
Costo por TON S.F.T.
= US$ 4,40
VIII.2.2.4 Vapor de agua.
Consumo Mensual
= 15.069 TON / mes
Precio
= US$ 15 / TON
Costo de vapor de agua
= US$ 226.035 / mes
Costo Anual
= US$ 2.712.420
Costo por TON S.F.T.
= US$ 11,81
VIII.2.2.5 Envases
Consumo anual
= 229.622,4 ton
Precio
= 10 US$/ ton
Costo anual
= US$ 229.622,4
Costo por TON S.F.T.
= US$ 10
VIII.2.2.6 Otros productos químicos:
Consumo anual
Precio anual
= 400 ton
= US$ 5.000/ ton
Costo anual
Costo por TON S.F.T.
= US$ 8,71
VIII.2.2.7 Traslado del ácido
Consumo mensual
= 15.223
Precio traslado a planta
= US$ 10 / ton
Costo traslado mensual
Costo anual
Costo por TON S.F.T.
= US$ 152.230
= US$ 1.826.760
= US$ 7,96
= US$ 2.000.000
VIII.2.2.8 Traslado de la roca (flete, seguro e internación (30%) más IVA ):
Consumo mensual
Precio traslado a planta
= 27.180
= US$ 17 / ton
Costo traslado mensual
= US$ 462.060
Costo anual
= US$ 5.544.720
Costo por TON S.F.T.
= US$ 24.15
VIII.2.2.9 Eliminación de desechos:
Consumo mensual
= 28.836
Precio
= US$ 1/ ton
Costo mensual
= US$ 28.836
Costo anual
= US$ 346.032
Costo por TON S.F.T.
= US$ 1,51
VIII.2.3 Resumen de Costos Variables.
ITEM
COSTO (US$/TON S.F.T)
Acido sulfúrico
23,87
Roca fosfórica
42,61
Traslado ácido
7,96
Traslado roca fosfórica
24,15
Materias Primas
98,59
Energía eléctrica
4,76
Agua de proceso
2,27
Fuel Oil N°5
4,40
Vapor de agua
11,81
Envases
10,00
Eliminación de desechos
1,51
Otros insumos químicos
8,71
Suministros y otros
43.46
Total de Costos Variables
142,05
VIII.3 Costo de Producción.
Con los valores ya calculados es posible calcular el costo de producción como se
muestra en la siguiente tabla:
ITEM
COSTO POR UNIDAD DE
PRODUCTO (US$/TON S.F.T.)
Costos Directos:
Acido sulfúrico
23,87
Roca fosfórica
42,61
Traslado ácido
7,96
Traslado roca fosfórica
24,15
Energía eléctrica
4,76
Agua de proceso
2,27
Fuel Oil N°5
4,40
Vapor de agua
11,81
Envases
10,00
Eliminación de desechos
1,51
Otros insumos químicos
8,71
Mano de obra y supervisión
3,18
Mantención
0,12
Total Costos Directos
145,35
Costos Indirectos:
Depreciación
3,62
Seguros
0,60
Gastos Generales
1,59
Interés del préstamo
5,63
Total Costos Indirectos
11,44
Costo de Producción
156,79
VIII.4 Ingresos.
Los ingresos anuales del proyecto provienen de la venta del S.F.T. obtenido por el
proceso de fabricación.
La producción anual de esta planta es de 229622,4 TON S.F.T (43%P2O5)/año.
Ya que el precio del S.F.T. es 218 US$/TON S.F.T., entonces el ingreso anual por
ventas es de:
Ingresos = US$ 50.057.683
VIII.5 Punto de equilibrio de la planta.
El punto de equilibrio indica la producción mínima anual a partir de la cual los
ingresos por ventas son superiores a los costos totales.
Si se escribe una expresión analítica para los costos totales anuales se tiene que:
CT = C F + b ⋅ q
Donde:
C T : Costo total anual (US$/año)
C F: Costo fijo anual (US$/año)
b:
Costo variable por TON S.F.T. (US$/TON S.F.T.)
q:
Producción anual de S.F.T. (TON S.F.T.)
C F = US$ 3.630.285 /Año.
b
= US$ 142,05 /TON S.F.T.
C T = 3.630.285 + 142,05 * q
La producción mínima anual que cubra los costos totales es tal que cumple con:
I = C T ó 218 ⋅ q = 3630285 + 142,05 ⋅ q
Luego q = 47.798 TON S.F.T./año
Esta cantidad representa aproximadamente el 20,8% de la capacidad instalada.
A continuación se presenta el un gráfico que representa la situación anterior.
Gráfico: Punto de equilibrio relativo a ingresos y costos.
CT
Punto de Equilibrio
50000000
45000000
40000000
35000000
30000000
25000000
20000000
15000000
10000000
5000000
0
0
50000
100000
150000
200000
q
ingresos
costos
250000
IX Evaluación económica de la planta.
IX.1. Utilidades anuales.
Para calcular las utilidades anuales del proyecto deben hacerse previamente algunas
consideraciones:
i)
La planta alcanza su plena capacidad de producción al tercer año de operación. En
el primer año se produce a un 40% de su capacidad y en el segundo año a un 70%.
ii)
La cantidad vendida de S.F.T, a partir del tercer año se estima en 229622 ton a un
43,5% P2O5.
iii)
El precio de venta sin iva es de US$ 218/ton S.F.T.
iv)
El impuesto a las utilidades brutas es de un 45%.
v)
El perfil del proyecto se establece en 15 años.
Utilidades Anuales (US$)
Utilidad
Impuesto a
Bruta
utilidad
1821609
1220956
549430
671526
26993175
1821609
6225594
2801517
3424076
50057683
37005843
1821609
11230231
5053604
6176627
4
50057683
37005843
1673507
11378333
5120250
6258083
5
50057683
37005843
1507633
11544207
5194893
6349314
6
50057683
37005843
1321854
11729986
5278494
6451492
7
50057683
37005843
1113781
11938059
5372127
6565933
8
50057683
37005843
880739
12171101
5476996
6694106
9
50057683
37005843
619733
12432107
5594448
6837659
10 50057683
11 50057683
37005843
327406
12724434
5725995
6998439
37005843
0
13051840
5873328
7178512
12 50057683
13 50057683
37005843
0
13051840
5873328
7178512
37005843
0
13051840
5873328
7178512
14 50057683
15 50057683
37005843
0
13051840
5873328
7178512
37005843
0
13051840
5873328
7178512
Costo
Año
Ventas
1
20023073
16980508
2
35040378
3
Operación
Intereses
Ingresos Anual (US$)
Utilidad Neta
Recuperación de Capital
Saldo del valor de
de Trabajo.
Inversión Fija
20023073
0
0
20023073
2
35040378
0
0
35040378
3
50057683
0
0
50057683
4
50057683
0
0
50057683
5
50057683
0
0
50057683
6
50057683
0
0
50057683
7
50057683
0
0
50057683
8
50057683
0
0
50057683
9
50057683
0
0
50057683
10 50057683
0
0
50057683
11 50057683
0
0
50057683
12 50057683
0
0
50057683
13 50057683
0
0
50057683
14 50057683
0
0
50057683
15 50057683
12541500
1234900
63834083
Año
Ventas
1
Egresos Anuales (US$)
Total Ingresos
Año
Inversión Amortización e Interés Costos
Impuestos
Total de Egresos
0
5060025
0
0
0
5060025
1
12541500
1821609
16980508
549430
31893047
2
0
1821609
26993175
2801517
31616302
3
0
3055793
37005843
5053604
45115240
4
0
3055793
37005843
5120250
45181886
5
0
3055793
37005843
5194893
45256529
6
0
3055793
37005843
5278494
45340130
7
0
3055793
37005843
5372127
45433762
8
0
3055793
37005843
5476996
45538631
9
0
3055793
37005843
5594448
45656084
10
0
3055793
37005843
5725995
45787631
11
0
3055793
37005843
5873328
45934964
12
0
3055793
37005843
5873328
45934964
13
0
3055793
37005843
5873328
45934964
14
0
3055793
37005843
5873328
45934964
15
0
3055793
37005843
5873328
45934964
Beneficios Anuales (US$)
Año
Total Ingresos
Total de Egresos
Beneficios
0
0
5060025
-5060025
1
20023073
31893047
-11869974
2
35040378
31616302
3424076
3
50057683
45115240
4942443
4
50057683
45181886
4875797
5
50057683
45256529
4801154
6
50057683
45340130
4717553
7
50057683
45433762
4623921
8
50057683
45538631
4519052
9
50057683
45656084
4401599
10
50057683
45787631
4270052
11
50057683
45934964
4122719
12
50057683
45934964
4122719
13
50057683
45934964
4122719
14
50057683
45934964
4122719
15
63834083
45934964
17899119
Indices de Rentabilidad: VPN (US$) y TIR
Año
Beneficios
tasa 10%
tasa 20%
tasa 21%
tasa 22%
tasa 23%
0
-5060025
-5060025
-5060025
-5060025
-5060025
-5060025
1
-11869974 -10790886
-9891645
-9809896
-9729487
-9650386
2
3424076
2829815
2377831
2338690
2300508
2263254
3
4942443
3713331
2860210
2789880
2721838
2655990
4
4875797
3330235
2351368
2274595
2200930
2130224
5
4801154
2981139
1929476
1851053
1776423
1705376
6
4717553
2662936
1579899
1503158
1430731
1362342
7
4623921
2372802
1290451
1217623
1149454
1085612
8
4519052
2108171
1050987
983477
920807
862594
9
4401599
1866708
853059
791666
735143
683069
10
4270052
1646290
689637
634716
584568
538743
11
4122719
1444988
554868
506459
462621
422890
12
4122719
1313625
462390
418562
379198
343813
13
4122719
1194205
385325
345919
310818
279523
14
4122719
1085641
321104
285883
254769
227254
15
17899119
4284907
1161751
1025773
906639
802149
16983882
2916689
2097533
1344934
652422
VPN
Año
tasa 24%
tasa 25%
tasa 24,02%
tasa 24,03%
0
-5060025
-5060025
-5060025
-5060025
1
-9572560
-9495979
-9571016
-9571016
2
2226897
2191409
2226179
2225820
3
2592249
2530531
2590995
2590368
4
2062334
1997127
2061004
2060339
5
1637711
1573242
1636391
1635731
6
1297737
1236678
1296482
1295855
7
1025790
969706
1024633
1024055
8
808488
758171
807446
806925
9
635061
590773
634140
633680
10
496840
458493
496039
495639
11
386852
354139
386167
385824
12
311978
283311
311374
311073
13
251595
226649
251068
250805
14
202899
181319
202442
202213
15
710406
629769
708689
707833
VPN
14251
-574687
2006
-4881
La tasa interna de retorno TIR se puede asumir como 24,02% ya que entrega el
valor un VPN cercano a cero (2006).
X. Discusiones.
El fósforo es uno de los tres elementos fundamentales involucrados en el
crecimiento y metabolismo de las plantas y animales. El propio consumo en los suelos de
este elemento por parte de los vegetales, provoca su agotamiento. Por ser insustituible, se
debe proveer a los suelos de este elemento. La forma tradicional de realizar esto es por
medio de fertilizantes.
Existen muchos tipos de fertilizantes fosfatados pero los más usados en nuestro país
son los fosfatos amoniacales y el superfosfato triple. En este estudio se analiza la
posibilidad de fabricación de este último fertilizante.
En el País prácticamente no se fabrican productos de este tipo salvo unas pocas
toneladas de superfosfato simple con bajo contenido de P2O5, sin embargo, se importan más
de 100.000 toneladas al año de superfosfato triple (en P2O5) y se consumen más de 80.000
toneladas al año. Su consumo es el más alto de esta clase de fertilizantes en el país.
El precio de fabricación es cercano a los US$ 218 por tonelada de producto y no ha
sufrido marcadas fluctuaciones en los últimos tres años. En general tiende a una leve alza.
Existió una planta de fabricación de fertilizantes fosfatados (COSAF) que
funcionaba en Penco, pero paralizó en 1976. A partir de ese año las actividades productivas
es el país de esta clase de insumos ha sido irrelevante.
El único producto que compite en el país con el superfosfato triple es el fosfato de
amonio, pero su consumo es menor. Los principales proveedores del superfosfato son
México y EEUU.
De ofrecer un superfosfato nacional de buena calidad a un precio de mercado, el
consumo debería incluso aumentar por la disminución que significa los costos de
importación del superfosfato, que encarecen el producto.
En cuanto al ácido sulfúrico, se sabe que existe un déficit nacional, pero una
sobreproducción en la Quinta y Sexta Región que en el caso base aumentaría de 917000
toneladas en 1999 a 1723000 toneladas en el año 2006. Para el caso máximo se tendrían
917000 toneladas en 1999 y 1654000 toneladas el año 2006. Claramente se espera un alza
del saldo de ácido sulfúrico, y la eventual construcción de una planta en las cercanías de la
zona de producción aseguraría este suministro sin mayores riesgos. Se espera un consumo
por esta planta de 15223 ton al mes, o sea, 182676 toneladas al año lo cual se traduce en un
20% de consumo del total de sobreproducción en el peor de los casos. Además la cercanía a
la zona de producción puede disminuir significativamente los gastos por concepto de
almacenaje de este producto, ya que podría comprarse periódicamente el suministro.
Para fabricar el fertilizante se requiere
previamente elaborar ácido fosfórico.
Existen varias vías para esto, sin embargo la tradicional es a partir de ácido sulfúrico por
medio de la vía húmeda. En este proceso se utiliza roca fosfórica (materia prima
responsable del contenido de fósforo), el cual reacciona con el ácido y genera yeso y ácido
fosfórico.
Existen sustitutos al ácido sulfúrico como son el ácido nítrico y clorhídrico pero las
ventajas del uso del primero, permiten optar por esta opción. Ellas son el bajo costo de
mercado de este ácido, cercano a US$ 30 por tonelada (o menos) y la sobreproducción en la
Quinta y Sexta Región del país sin una aplicación directa en la zona. La calidad de
fabricación del producto en Ventanas es buena y muy concentrado (98%). La dificultad se
presenta si se desea trasladar el producto grandes distancias. Por esto uno de los principales
criterios de ubicación de la planta, es su cercanía a una fuente proveedora de ácido. Se elige
la Quinta Región por su cercanía a este recurso, al mercado consumidor del fertilizante y
por ser un puerto que permite menos gastos si se considera el traslado de roca fosfórica
importada.
Si se analiza la situación de la roca fosfórica, existen recursos nacionales en la zona
de Mejillones, pero con un bajo contenido de fósforo (7%) si se compara con roca de origen
extranjero que por lo general presenta porcentajes mayores (30%).
Se elige la posibilidad de uso de roca fosfórica importada debido a que el proceso
no requiere etapas de beneficio del mineral o concentración de éste, requiere menores
volúmenes de roca a trasladar (por su mayor porcentaje en fósforo) y simplifica las
operaciones de eliminación de desechos. Además, el proceso se simplifica notoriamente ya
que el uso de roca nacional involucra un proceso adicional de formación de Brushita para la
formación del ácido fosfórico deseado. Una posibilidad no analizada en esta memoria es la
formación de una mezcla formada a partir de roca nacional e importada.
Las desventajas de importar este insumo son el precio que involucra el traslado del
material (desde Marruecos) y su internalización en el país hasta su llegada a fabrica. El uso
de roca nacional disminuye estos costos pero aumenta los costos de proceso.
La posibilidad de generar este tipo de planta en el norte del país es interesante si se
tiene en cuenta que existen en la zona los otros dos insumos de abonos principales como
recursos: en el Salar de Atacama se cuenta con Potasio y en las salitreras se cuenta con los
nitratos. Por tanto la producción de Fosfatos en Mejillones es atractiva. Se podría realizar la
mezcla de ellos y generar una gama amplia de fertilizantes de distintos tipos y de todos los
gustos. Sin embargo se desechó en primera instancia por su lejanía a los mercados
consumidores y al uso del ácido de carácter nacional. En Perú existe ácido sulfúrico a
precio razonable y con gran oferta pero uno de los fines que persigue esta memoria es hacer
uso del ácido sulfúrico de la zona central en un proyecto rentable.
La instalación de la planta en Penco (octava región), aprovechando la planta
existente de COSAF, es atractiva por ser el lugar mejor ubicado para distribuir el producto.
Hay que señalar en este sentido que entre la cuarta y novena regiones se centra la actividad
agrícola del país, siendo las zonas de mayor producción la séptima octava y novena
regiones. Sin embargo, la lejanía que se presenta respecto al abastecimiento del ácido
deciden que no sea el mejor lugar para situar la instalación productora.
En cuanto al proceso, se escoge el de vía húmeda por ser muy barato. Su desventaja
es producir un ácido fosfórico impuro, pero si se desea utilizar para fines de producción de
fertilizantes esto no es un inconveniente.
Se debe cuidar en el proceso eliminar materia orgánica de la roca si se encuentra en
alguna porción, evitar generar producto con alto contenido de metales pesados, lo cual
dependerá exclusivamente de las características de la roca que se compre, y abatir los gases
fluorados que se presentan en la etapa de reacción.
Existe la posibilidad de generar otros gases en esta etapa como es el CO2, a partir de
reacciones entre el carbonato de calcio y el ácido sulfúrico, pero su contenido es difícil de
determinar. Por esta razón se estiman en el diagrama de procesos de la planta dos líneas en
los lavadores de gases (o cámara de reacción de ellos), pero se estima una cifra cero; en la
práctica la situación será distinta, pero se espera un valor pequeño. No se considera la
dimensión de los equipos donde se realiza esta última operación, ya que no se cuenta con
valores confiables, al respecto se puede señalar que serán de tamaño pequeño.
Otras impurezas como el aluminio o el fierro consumen ácido fosfórico en
reacciones paralelas de modo que se obtienen fosfatos de hierro o aluminio solubles en
solución. Por tanto que bajos contenidos de estos minerales aseguran un proceso que gaste
menor cantidad de insumos.
El caso del contenido de silicio como impureza es diferente, ya que es importante en
cierta medida su presencia de modo que asegure la formación de SiF4, gas que asegura la
eliminación de flúor, presente en forma ácida (HF), el cual es indeseable debido al deterioro
de los materiales por causa de la corrosión. Además este gas se puede hidratar en etapas
posteriores de tratamiento para formar ácido fluorsilícico que puede ser eventualmente
vendido como subproducto.
El diseño del reactor utilizado es el recomendado en la bibliografía pero existen
otras alternativas que podrían ser interesantes de analizar con mayor detalle. Algunos
modelos se presentan en el anexo C. Se debe realizar suficiente agitación y control de
temperatura, de modo que los sólidos de sulfato de calcio no se destruyan, ni tampoco tapen
las tuberías por formación de anhidrita si la temperatura fuese excesiva. Se recomienda el
uso de un enfriador de vacío, equipo que no fue analizado en el presente trabajo. En su
lugar se estimó una cifra de agua que debería circular de modo de remover el calor por
contacto indirecto. Es muy probable que la opción elegida no sea la óptima en esta
situación. El tiempo de residencia debe estimarse en un estudio piloto, ya que los tiempos
pueden variar de un par de horas a 12 horas o más.
Respecto al evaporador, se podría sugerir evaporar aún más para lograr mayores
concentraciones de ácido; en la práctica, eso no es recomendable ya que el manejo de ácido
fosfórico muy concentrado es complicado al interior del evaporador.
Los procesos de molienda de la roca no consideran etapas de concentración y
beneficio del mineral ya que se asume el uso de roca ya beneficiada o con alto contenido de
P2O5. Se recomienda roca finamente molida y por tanto se considera que un 80% de roca
que atraviese la malla 200 es suficiente; el valor es discutible, podría ser una malla menor
como la 100 o 150, pero la malla 200 asegura buenos resultados y probablemente
disminuya el tiempo de reacción. Es probable que la etapa de molienda para llevar la roca a
ese tamaño, se realice en un lapso de tiempo breve de modo que factores como la humedad
ambiental o el apilamiento excesivo no provoquen aglomeramiento de material.
El proceso de fabricación de S.F.T. es relativamente estándar. Algunos aspectos
interesantes de señalar es la importancia que reviste la concentración de P2O5 en el ácido
fosfórico a reaccionar con la roca. Si la concentración es mayor a 51% es innecesario secar
artificialmente y basta solo usar curado. Este es un detalle importante si se manufactura en
un proceso semicontinuo el fertilizante.
El proceso esta diseñado de modo que ahorre el máximo de suministros e insumos.
Un ejemplo de esto es el agua de proceso que se recircula y el calor generado en la
reacción, se aprovecha en calentar el agua de lavado usada en la etapa de filtración (proceso
húmedo).
Si se acepta la eliminación de gases como CO2 tanto en la etapa de formación de
ácido fosfórico como en la de obtención de superfosfato triple, la concentración del ácido
como la que se logra en la obtención del S.F.T. podría ser algo mayor.
En el aspecto económico, el monto de la inversión fija alcanza los US$ 20.243.103,
siendo el proceso húmedo el más caro con US$ 11.508.068. El capital de trabajo alcanzaría
los US$ 12.541.500. Estas cifras podrían aumentar si se considera el gasto en equipos
omitidos relativo al enfriamiento de la corriente que se recircula en el reactor, y el gasto
asociado al lavado de gases y equipos de reacción del ácido fluorsilícico. Sin embargo, se
espera que estos equipos sean de pequeñas dimensiones y que el ítem relativo a
contingencias pudiese absorber esta clase de omisión y otras de la misma índole. A cambio
se compensa con un gasto de agua de proceso que seguramente está sobrestimado con
relación a esta operación.
En relación con los costos fijos del proceso, su valor difícilmente podría variar de
forma significativa; la cifra estimada US$ 3.630.285 podría variar, ya que los costos de los
equipos de proceso no se cotizaron sino que se estimaron de acuerdo a índices y referencias
bibliográficas. Sin embargo dichas estimaciones no deberían generar grandes fluctuaciones.
Los costos variables por su parte presentan que el mayor gasto se genera por
consumo de ácido y roca por motivos de precio en el caso del ácido y por precio e
importación en el caso de la roca. Otros costos relevantes son el costo de envasado y el del
uso del suministro de vapor de agua.
El punto de equilibrio se encuentra en un 20,8% lo cual proyecta un proceso que a
baja producción se autofinancia, y en general esta lejos de una eventual quiebra.
La planta es rentable con valores altos de tasa interna de retorno, TIR, (24%), lo
cual presenta una oportunidad excelente para el privado.
El valor presente neto, VPN, presenta valores muy elevados, a plazo de 15 años. De
este modo a tasas de 10% se prevé un VPN de US$ 16.983.882 y a tasas de 20% el VPN
sería en el mismo lapso de tiempo cercano a los US$ 2.916.689. Sin duda el proyecto
parece bastante favorable.
Los inconvenientes se podrían presentar si el precio de la roca o su importación
enfrentaran cambios bruscos, o bien si el valor del precio del S.F.T. cae violentamente en el
mercado. Un análisis de estas situaciones se puede realizar mediante un estudio de análisis
de sensibilidad. Sin embargo, estas dos últimas situaciones son poco probables por lo cual
no se desarrolla este estudio en este trabajo.
XI. Conclusiones.
-
La producción de superfosfato triple en el país es factible técnica y económicamente a
partir de ácido sulfúrico nacional (Quinta Región) y roca fosfórica importada.
-
El capital fijo necesario para implementar una planta de producción de S.F.T. de
229622 toneladas al año de (43,5% de P2O5) equivalentes a 100.000 toneladas al año
basándose en P2O5, considerando todas las etapas de producción asciende a US$
20.243.103. El capital de trabajo por su parte requerido para lograr el funcionamiento
deseado es de US$ 12.541.500.
-
Actualmente el consumo en el país de Superfosfato Triple es de 80.000 ton en base de
P2O5, todo de origen importado. Los principales abastecedores de este producto son
Estados Unidos y México.
-
El superfosfato triple junto al fosfato de amonio son los principales fosfatos
consumidos en Chile. Un consumo que puede también considerarse es el que presenta el
superfosfato simple o fosfato de calcio.
-
No existe producción de superfosfatos en el ámbito nacional. La última experiencia en
el rubro la tuvo COSAF quién producía fertilizantes fosfatados pero cesaron sus
operaciones el año 1976.
-
El mejor lugar para ubicar la planta es la Quinta Región dada su cercanía a los insumos
de ácido, su cercanía al puerto y situarse en el área de consumo.
-
Los principales costos de producción son los relativos a insumos. Dentro de los costos
de suministros, el costo de producción del vapor es el mayor, junto al costo por
concepto de envases.
-
Cerca de un 20% del ácido sulfúrico de la Quinta Región se emplearía de realizarse este
proyecto.
-
El costo de producción de la planta es muy bajo con cifra US$ 156,79/ton S.F.T.. El
principal costo de producción es el de la roca fosfórica (compra, importación y traslado)
con valor US$ 66,76/ton S.F.T.. El costo de producción del ácido sulfúrico le sigue con
valor igual a 23,87 US$/ton S.F.T..
-
La Tasa Interna de Retorno es de un 24%, por lo tanto el proyecto es muy atractivo
desde el punto de vista privado.
-
El valor presente neto a una tasa de 10% presenta a 15 años plazo una cifra de US$
16.983.882. El valor medio es de 1.132.259 millones de dólares al año.
Referencias
[1]
“Administración de Operaciones”, R. Schoeder, McGraw Hill, capítulo 3, 1983.
[2]
“Balance del ácido sulfúrico en Chile proyectado al año 2006”, Comisión Chilena
del Cobre, Colección de Estudios, 1999.
[3]
“Biblioteca del Ingeniero Químico”, Robert Perry & Cecil Chilton, Mc Graw Hill,
Quinta Edición, 1986.
[4]
“Chemical Engineering”, revista, Julio 2000.
[5]
“Diseño de plantas y evaluación”, Max Peters, Mc Graw Hill, 1958.
[6]
“Elementos de preparación de minerales”, Taggart, Ediciones Interciencia, Madrid,
1966.
[7]
“Enciclopedia Ullmann’s”, volumen A10, páginas 323 – 431, 1985.
[8]
“Encyclopedia of Chemical Technology”, Kirk & Othmer, Volumen 6, New York,
páginas 376 - 452, 1960.
[9]
“Fertilizantes”, Anuario FAO, Italia, 1997, volumen 47, páginas 35 – 126.
[10]
“Fertilizer Manual”, Development and transfer of technology series Nº13, Naciones
Unidas, Nueva York, 1980.
[11]
“Física General”, Sears & Zemansky, Cuarta edición, Madrid, 1957.
[12]
“Handbook of Chemistry and Physics, CRC”, 52 edición, Ohio, 1971.
[13]
“Handbook of Ore Dressing”, Taggart, New York, 1927.
[14]
“Industrial Chemicals”, Faith, Keyes and Clark, cuarta edición, páginas 628-639,
1975.
[15]
“Industrias de Proceso Químico”, Norris Shreve, Editorial Dossat, Madrid, 1954.
[16]
“Introducción a los Procesos Químicos Industriales”, Richard Stephenson, México,
Editorial Continental, 1974.
[17]
[18]
“Manual de Bombas”, Luis Jiménez, Editorial Blume, Barcelona, 1977.
“Manual de Proyectos de Ingeniería Química”, Abdón Zomosa, Santiago, Chile,
1983.
[19]
“Memoria Anual CODELCO 1999”, CODELCO, Santiago, Chile, año 2000.
[20]
Memoria “Alternativas de obtención de fertilizantes desde fosforitas nacionales”,
Eugenio Ibacache y Daniel Mardones, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas,
Departamento de Ingeniería Química, U. de Chile, Santiago, Chile, 1986.
[21]
Memoria “Estudio de factibilidad técnico económica de un sistema de
almacenamiento y entrega de ácido sulfúrico en la fundición de Ventanas”, Jaime
Riadi, U. de Chile, Santiago, Chile, 1986.
[22]
Memoria “Factibilidad técnico económica de una planta de ácido sulfúrico a partir
de gases metalúrgicos mediante absorción de SO3 en torres venturi”, Alex Rey, U.
de Chile, Departamento de Ingeniería Química, 1995.
[23]
Memoria “Obtención de fertilizantes fosfatados a partir de fosforita de Mejillones,
anteproyecto de factibilidad técnico económica”, Héctor A. Garrido S., Facultad de
Ciencias Físicas y Matemáticas, Departamento de Ingeniería Química, U. de Chile,
Santiago, Chile, 1980.
[24]
“Microfichas del Banco Central”,1999.
[25]
“Operaciones Básicas de la ingeniería química”, George Brown, Barcelona, 1959.
[26]
“Precios de fertilizantes y agroquímicos, mensual Marzo 2000”, ODEPA,
Ministerio de Agricultura, Santiago, abril, 2000.
[27]
“Preparación, evaluación y realización de proyectos de fabricación de fertilizantes
químicos”, serie Industria de Fertilizantes, Monografía Nº1, Naciones Unidas,
Nueva York, 1969.
[28]
“Reporte Ambiental 1999 CODELCO”, CODELCO, Santiago, Chile, año 2000.
[29]
“Riquezas minerales de Chile a nivel mundial”, Alvaro González Letelier, U. de
Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Santiago, Chile.
Referencias por direcciones electrónicas:
[30]
http://apps1.fao.org
[31]
http://www.bcentral.cl
[32]
http://www.cochilco.cl
[33]
http://www.codelco.com
[34]
http://www.corfo.cl
[35]
http://www.ksbchile.cl
[36]
http://www.odepa.gob.cl
[37]
http://www.sec.cl
[38]
http://www.siss.cl
[39]
http://www.virtualmedia.cl/lerco
[40]
http://www.wittersheim.co.cl
ANEXO A
“PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE FERTILIZANTES FOSFATADOS”
Figura I: Fertilizantes fosfatados a partir de roca fosfórica.
Fuente [8].
Tabla I: Composición aproximada de la roca fosfórica usada
para manufacturar
Superfosfato triple.
COMPONENTES
P2O5
Fe2O3
Al2O3
CaO
MgO
F
Cl
I
SiO2
MnO
Na2O
K2O
SO3
TiO2
BaO
CuO
NiO
ZnO
SnO2
MoO3
V2O3
Cr2O3
B2O3
As2O3
Se
CO2
Orgánicos
N
Fuente [8].
COMPOSICIÓN,
% EN PESO DE
ROCA DE
LANDPEBBLE
30 - 36
0.7 - 2.6
0.7 - 1.1
46 - 50
0.04 - 0.6
3.8 - 4
0.003 - 0.03
0.0008 - 0.002
2 -10
0.002 - 0.05
0.05 - 0.6
0.05 - 0.5
0.2 - 1.5
0-03 - 0.08
trazas
0.0005 - 0.003
0.003
0.0005
0.002
0.002
trazas - 0.02
trazas - 0.015
0.002 - 0.01
0.001 - 0.005
trazas
1.5 - 4.4
0.25 - 0.4
0.005 - 0.02
COMPOSICIÓN,
% EN PESO DE
ROCA CAFÉ DE
TENNESSE
30 - 36
2.2 - 3.4
1.2 - 2.7
42 - 49
0.02 - 0.3
3.2 - 3.8
0.005 - 0.07
0.0009 - 0.003
5-9
0.05 - 0.3
0.1 - 0.3
0.2 - 0.7
0.6 - 2.7
0.05 - 0.2
0.01 - 0.03
0.002 - 0.003
0.0005
0.001
0.001
0.002
0.003 - 0.007
0.003 - 0.007
0.002 - 0.004
trazas
1-2
0.005 - 0.025
0.005 - 0.025
COMPOSICIÓN, %
EN PESO DE LA
ROCA DE IDAHO,
WYOMING
27 - 33
0.5 - 2.1
0.5 - 1.9
43 - 47
trazas - 0.3
2.9 - 6.9
0.01 - 0.03
0.0001 - 0.0003
5 - 17
0.002 - 0.05
0.1 - 0.8
0.2 - 0.6
0.3 - 3.1
0.05 - 0.1
0.07
0.003 - 0.01
0.001 - 0.025
0.05 - 0.4
0.05 - 0.15
0.002 -0.007
0.001 - 0.015
trazas - 0.006
0.7 - 4.2
0.7 - 2.7
0.01 - 0.1
ANEXO B
“ESTUDIO DE MERCADO”
Tabla I. Importaciones de Fertilizantes Fosfatados en Chile.
IMPORTACIONES EN TONELADAS MÉTRICAS
Año
DE P2O5
CONSUMO
(TMN)
Superfosfato
Triple
62234
85
70072
86
90625
87
96512
88
59115
89
68643
90
75210
91
90000
92
77827
93
78435
94
81487
95
98452
96
112000
97
Fuente [9].
Fosfato de Amonio
27975
30186
36560
38736
41694
35447
41725
48526
45750
53762
56616
72615
83000
Total Fertilizantes
fosfatados importados
90209
100258
127185
135248
100809
104090
116935
138526
123577
132197
138103
171067
195000
Fertilizantes
Fosfatados
85959
108768
131285
139248
125900
113750
111600
130000
130000
136000
140000
145000
160000
Tabla II. Consumo de Superfosfatos Concentrados (triple)
SUPERFOSFATO CONCENTRADO
Año
1985
1986
1989
1990
1994
1995
1996
1997
Fuente [9].
Consumo (Mt)
59425
73014
84600
75200
78000
75000
71000
82000
Tabla III. Proyección de la importación y consumo de
SPT por medio de la mejor
curva.
AÑO PERÍODO IMPORTACIÓN DE SPT MT CONSUMO DE SPT MT
1985
1
62234
59425
86
2
70072
73014
87
3
90625
70878 *
88
4
96512
72466 *
89
5
59115
84600
90
6
68643
75200
91
7
75210
75657 *
92
8
90000
76438 *
93
9
77827
77135 *
94
10
78435
78000
95
11
81487
75000
96
12
98452
71000
97
13
112000
82000
98
14
85805 *
79804 *
99
15
86381 *
80229 *
2000
16
86923 *
80629 *
01
17
87436 *
81006 *
02
18
87922 *
81363 *
03
19
88384 *
81703 *
04
20
88824 *
82026 *
05
21
89246 *
82335 *
06
22
89649 *
82630 *
07
23
90037 *
82914 *
08
24
90409 *
83186 *
09
25
90768 *
83448 *
2010
26
91114 *
83700 *
Datos proyectados (*)
Para las importaciones se tiene:
- Ecuación: Im portación = 66429,9026909 ⋅ Período 0, 0969781799
- Correlación: 0,4427
- Covarianza: 0,0554
Para el consumo se tiene:
-
Ecuación: Consumo = 65129,5936415 ⋅ Período 0, 0769982
Correlación: 0,6679
Covarianza: 0,0674
Tabla IV. Suavización exponencial de las importaciones de
SPT.
PERÍODO AÑO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
DT
FT (A=0,3)
(IMPORTACIÓN)
62234
75000
70072
71170
90625
70841
96512
76776
59115
82697
68643
75622
75210
73528
90000
74033
77827
78823
78435
78524
81487
78497
98452
79394
112000
85112
93178
Tendencia =
Desviación =
MADo =
DT -FT MAD: DESV. T (SEÑAL
PROM. ABS. RASTREO)
-12766
10830
-1.18
-1098
7910
-1.75
19784
11473
0.52
19736
13952
1.84
-23582
16841
0.12
-6979
13882
-0.35
1682
10222
-0.32
15967
11946
1.07
-996
8661
1.36
-89
6089
1.91
2990
5159
2.84
19058
9329
3.61
26888
14597
5.03
33705
124727
10000
Tabla V. Suavización exponencial respecto al consumo de superfosfato triple.
PERÍODO AÑO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
DT
(CONSUMO)
59425
73014
70878
72466
84600
75200
75657
76438
77135
78000
75000
71000
82000
FT (A=0,3)
76000
71028
71623
71400
71720
75584
75469
75525
75799
76200
76740
76218
74653
76857
Tendencia =
Desviación =
MADo =
DT -FT MAD: DESV.
PROM. ABS.
-16575
10573
1987
7997
-745
5821
1066
4395
12880
6940
-384
4973
188
3538
913
2750
1336
2326
1800
2168
-1740
2040
-5218
2993
7347
4299
-4492
44832
8000
T (SEÑAL
RASTREO)
-1.57
-1.82
-2.63
-3.25
-0.20
-0.36
-0.45
-0.24
0.29
1.14
0.36
-1.50
4.52
Tabla VI. Proyección de las importaciones en función de los pronósticos de
suavización exponencial.
AÑO
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
IMPORTACIÓN (PRONÓSTICO) TON
91535
94429
97415
100495
103673
106951
110333
113822
117421
121134
124964
128916
- Ecuación: importaciones = 73611,64 ⋅ exp (0,031131 ⋅ período )
- Covarianza: 0,11
- Correlación: 0,84
- La ecuación se desarrolló de acuerdo a los períodos a partir de 1993, siendo este
último el primer período.
Tabla VII. Proyección del consumo en función de los pronósticos de suavización
exponencial.
AÑO
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
CONSUMO (PRONÓSTICO) TON
77128
77338
77549
77761
77973
78186
78400
78613
78828
2008
2009
2010
79043
79259
79475
- Ecuación: consumo = 75259,173883 ⋅ exp(0,0027253 ⋅ período)
- Covarianza: 0,0158
- Correlación: 0,91
Tabla VIII. Precios pagados por el superfosfato triple.
SUPERFOSFATO CONCENTRADO
Año
1994
1995
1996
1997
Fuente [30]
Precios Pagados (Mn/Mt)
215,057
226,496
274,787
274,823
Tabla IX. Precios nominales promedios anuales del superfosfato de amonio y del
superfosfato triple en los últimos 25 años.
AÑO
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
FOSFATO DE AMONIO
$/TON
(SIN IVA)
1573
2799
3985
5594
9946
15022
14211
18292
25621
34087
48462
54522
58485
75035
77584
86988
101045
SUPERFOSFATO
$/TON
(SIN IVA)
1618
2407
2978
5032
8362
11922
11714
15180
21495
26693
35699
43494
49363
61279
65293
72225
86110
TRIPLE
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
Fuente [26]
105544
100189
119748
134732
147107
136760
147293
153516
87065
88748
101804
108793
123593
120818
126747
125291
Tabla X. Situación de los primeros meses del año
2000.
AÑO 2000
FOSFATO DE AMONIO $/TON
Enero
147035
SUPERFOSFATO TRIPLE
$/TON
(SIN IVA)
124680
Febrero
146425
124375
Marzo
146425
124375
(SIN IVA)
Fuente [26].
Tabla XI. Importaciones de fertilizantes fosfatados en Chile (años 1997 - 1999).
AÑO
1997
Cantidad (tmn)
Precio (US$)
Valor (millón US$ cif)
1998
Cantidad (tmn)
Precio (US$)
Valor (millón US$ cif)
1999 (hasta Octubre)
Cantidad (tmn)
Precio (US$)
Valor (millón US$ cif)
Fuente [31].
FERTILIZANTES
FOSFATO
SUPERFOSFATOS DIAMÓNICO
FOSFATO
MONOAMÓNICO
163558
187
30,6
74777
227
17
62191
235
14,6
224163
184
41,3
72915
227
16,6
63194
242
15,3
212267
171
36,2
63621
216
13,7
68839
224
15,4
Tabla XII. Importaciones de superfosfatos en 1999 según procedencias.
PROCEDENCIA DE
CANTIDAD (KN) VALOR CIF EN MILES
SUPERFOSFATOS
DE US$
Marruecos
10661490
1752
Venezuela
5549220
536
México
110956320
20148
Uruguay
5322107
646
Estados Unidos
62128418
10496
Israel
18778740
2783
Total importado
213396295
36361
Fuente [24]
Tabla XIII. Producción nacional de fertilizantes fosfatados.
FERTILIZANTES FOSFATADOS (SUPERFOSFATO SIMPLE)
Año
Producción (Mt)
1994
5,000
1995
5,000
1996
4,000
Fuente [30].
Tabla XIV. Importaciones de fosforita.
FOSFORITA
Año
1994
1995
1996
Importaciones cant (Mt)
21,100
4,500
13,200
Fuente [30].
Tabla XV. Valor de las importaciones de fosforita.
FOSFORITA
Año
1994
1995
1996
1997
Importaciones valor (1000$)
3,305
7,857
4,685
3,311
1998
Fuente [30].
2,404
Tabla XVI. Exportaciones de fosforita.
FOSFORITA
Año
Exportaciones valor (1000$)
1994
24
1995
3
1996
44
1997
314
1998
198
Fuente [30].
Tabla XVII. Importaciones de ácido fosfórico en 1999 según procedencias.
PROCEDENCIA DE ACIDO
FOSFÓRICO
Colombia
México
Brasil
Argentina
CANTIDAD (KN)
Estados Unidos
Israel
República Popular China
Hong Kong RAE
Reino Unido
Bélgica
Alemania
Total importado
Fuente [24].
53779
130185
1726133
19800
2
97923
838
4876486
713595
860000
770183
503998
VALOR CIF EN MILES
DE US$
439
471
438
355
43
66
936
10
54
2
2813
Tabla XVIII. Importaciones de ácido fosfórico a partir de 1997.
AÑO
CANTIDAD
(TMN)
1997
3988
1998
4796
1999
4876
Fuente [31].
PRECIO
(US$)
675
633
577
VALOR
(MILLONES US$ CIF)
2,7
3,0
2,8
Tabla XIX. Embarques de ácido sulfúrico (OLEUM) según destinos.
CANTIDAD EXPORTADA EN VALOR FOB EN MILES
DE DÓLARES.
TONELADAS NORMALES EN
1999
12798,380
114
10,527
52
100637,655
566
9300,000
645
9853,680
117
132600,242
1493
PAÍS DESTINO
DEL OLEUM
Cuba
México
Brasil
Bolivia
Estados Unidos
Total exportado
Fuente [24].
Tabla XX. Importaciones y Exportaciones del ácido sulfúrico OLEUM a partir de
1997.
AÑO
IMPORTACIONES
Cantidad Precio
Valor
(tmn)
(US$) (millón US$
CIF)
396489
45
17,8
522706
41
21,5
347147
33
11,6
1997
1998
1999
(hasta
Octubre)
Fuente [31].
EXPORTACIONES
Cantidad
Precio
Valor
(tmn)
(US$)
(millón US$
FOB)
57145
30
1,7
57646
19
1,1
121884
11
1,4
Tabla XXI. Balance nacional y regional del ácido sulfúrico
(caso base)
(miles de toneladas)
DISTRIBUCIÓN 1999
I Región
Producción
Consumo
Saldo
125
-414
-289
2000
135
-424
-289
2001
135
-444
-309
2002
135
-463
-328
2003
135
-473
-338
2004
135
-473
-338
2005
135
-473
-338
2006
135
-477
-342
II Región
Producción
Consumo
Saldo
III Región
1689
-2562
-873
1679
-2710
-1031
1682
-3305
-1623
1657
-3423
-1766
2073
-3288
-1215
2184
-3151
-967
2264
-3190
-926
3172
-914
-908
Producción
Consumo
Saldo
IV a X Región
303
-331
-28
593
-399
194
606
-394
212
606
-469
137
706
-469
237
706
-469
237
706
-451
255
706
-451
255
Producción
Consumo
Saldo
Total País
1169
-252
917
1193
-210
983
1603
-208
1395
1592
-204
1388
1817
-204
1613
1823
-162
1661
1892
-161
1731
1884
-161
1723
Producción
Consumo
Saldo
Fuente [2].
3286
-3559
-273
3600
-3743
-143
4026
-4143
-325
3990
-4559
-569
4731
-4434
297
4848
-4255
593
4997
-4275
722
4989
-4261
728
Tabla XXII. Balance nacional y regional del ácido sulfúrico
(caso máximo)
(miles de toneladas)
DISTRIBUCIÓN
I Región
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Producción
Consumo
Saldo
II Región
125
-414
-289
135
-424
-289
135
-444
-309
135
-483
-348
135
-513
-378
135
-513
-378
135
-513
-378
135
-517
-382
Producción
Consumo
Saldo
III Región
1689
-2562
-873
1679
-2841
-1162
1682
-3779
-2097
1657
-4016
-2359
2073
-4671
-2598
2584
-5158
-2574
3131
-5710
-2579
3431
-5685
-2254
Producción
Consumo
Saldo
IV a X Región
303
-331
-28
593
-399
194
639
-404
235
639
-479
160
739
-716
23
739
-775
-36
739
-753
-14
739
-839
-100
Producción
Consumo
Saldo
1169
-252
917
1193
-216
977
1603
-247
1356
1592
-339
1253
2002
-340
1662
2065
-550
1515
2210
-549
1661
2207
-553
1654
Total País
Producción
Consumo
Saldo
Fuente [2].
3286
-3559
-273
3600
-3880
-280
4059
-4874
-815
4023
-5317
-1294
4949
-6240
-1294
5523
-6996
-1473
6215
-7525
-1310
6512
-7594
-1082
Tabla XXIII. Productores de ácido sulfúrico en Chile.
PRODUCTOR
REG
FUENTE DE
INFORMACIÓN
empresa
LA CASCADA
ALTONORTE
CODELCO
Chuquicamata
OUTOKUMPU
1
2
2
X
X
X
2
CODELCO
3
Potrerillos
ENAMI Paipote
3
DISPUTADA
5
Chagres
ENAMI
5
Ventanas
MOLYMET
Met.
CODELCO
6
El Teniente
Fuente [2].
estimada
CONDICION DE LA
PRODUCCION
base Ampliac.
potencial
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Nueva
Producción Producción
potencial excedente
total
X
X
X
OFERTA
COMERCIAL
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Tabla XXIV. Consumidores de ácido sulfúrico. (Fuente [2])
PRODUCTOR
Cerro Colorado
Collahuasi
La Cascada
Pircas Negras
Quebrada Blanca
COSAYACH
QUIBORAX
Antucoya
CODELCO
Chuquicamata
CODELCO
R.Tomic
Chimborazo
Doña Ada
El Abra
El Tesoro
ENAMI
Planta Total
Escondida
Iván
Lomas Bayas
Mantos Blancos
Michilla
Spence
Zaldivar
SQM
CODELCO
Salvador
Dos Amigos
ENAMI Pl. O.
Mart./Vall.
Manto Verde
Punta del Cobre
Carmen de
Andacollo
Disputada El
Soldado
Pudahuel
MOLYMET
El Teniente
REG
FUENTE DE
INFORMACIÓN
CONDICION DE LA
PRODUCCION
Empresa
estimada Base Ampliac.
potencial
1
1
1
1
1
1
1
2
2
X
X
X
X
X
X
2
X
2
2
2
2
2
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
2
2
2
2
2
2
2
2
3
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
3
3
X
X
X
3
3
4
X
X
X
Met.
Met.
6
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Externo
X
X
5
Propio
X
X
X
X
Nueva
potencial
ABASTECIM.
X
X
X
X
X
ANEXO C
“REACTORES DE CAMARA SIMPLE PARA EL PROCESO DE FABRICACION
DE ACIDO FOSFORICO POR VIA HUMEDA”
I - Proceso Isotérmico para fabricación de ácido fosfórico por vía húmeda.
(Swenson – Gulf)
Este proceso usa un cristalizador Swenson como reactor [10]. En el reactor se
inyecta el ácido sulfúrico como spray sobre la pasta que se forma entre ácido fosfórico y
roca fosfórica pulverizada. La temperatura varía en un rango de 0,3 °C de una parte del
reactor a otra como máximo. Los costos de mantención, operación y capital son bajos para
este equipo. Además es excelente si se desea un control de la contaminación atmosférica.
El proceso se presenta por medio del siguiente esquema:
Figura 1: Proceso Swenson Gulf.
II - Proceso Somerville de fabricación de ácido fosfórico.
Este tipo de sistema de reacción [10], mezcla roca
fosfórica pulverizada con pasta recirculada en un cono
mezclador y luego se procede a descargar al reactor. El ácido
sulfúrico es premezclado con ácido fosfórico recirculado y la
mezcla es descargada en un enfriador de vacío. Una fracción
pequeña del flujo de pasta es enviada desde el reactor vessel
al enfriador de vacío y recirculada al reactor de modo de
mantener control sobre la temperatura de reacción. Las
temperaturas típicas de reacción son 84°C en el reactor y 73
°C en el enfriador. Este tipo de proceso se recomiende para
producciones menores que 360 toneladas por día de P2O5.
Ventajas de este proceso es la mejor filtración de yeso, su
bajo contenido de P2O5 en la torta de yeso filtrada y bajos
costos de capital y operación. Es especialmente
recomendado para plantas con producción de 20 a 50
toneladas al día.
A continuación se presenta un esquema del proceso:
Figura 2: Proceso Somerville.
ANEXO D
“CAPACIDAD Y LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA”
Tabla I: Uso de las tierras del territorio nacional.
No arable
Año
no
Superficie Praderas
agrícola
permanente
Tierras
tierras
tierras de
y pastos
arables y
arables o
cultivos
perm.
cultivo
labranza
permanentes
perm.
1991
71941
15789
12850
2939
2685
254
1992
72174
15556
12850
2706
2440
266
1993
72303
15477
12900
2577
2304
273
1994
72330
15450
12900
2550
2276
274
1995
72480
15330
12930
2400
2120
280
1996
72580
15222
12932
2300
1985
315
1997
72583
15232
12925
2297
1982
315
1998
72586
15219
12925
2294
1979
315
Todos los valores se refieren a miles de hectáreas.
Fuente [36].
Tabla II: Total de tierras en cultivo por región para los años 1989 –1997.
Región
IV
1989/90 1990/91 1991/92 1992/93 1993/94 1995/96 1996/97 1997/98
56120
51130
51430
47180
46990
-
72037
45222
V
112140
114460 113070 105690
104710
-
109745
100588
R.M.
163730
173630 164500 163920
160120 159020 162770
155493
VI
246810
249880 254200 244170
247800 251864 253595
265588
VII
298290
314200 310070 279830
287680 283168 294942
330709
VIII
383230
362830 338640 321230
324570 333929 326019
285309
IX
399870
395450 374700 376020
349870 366678 380758
369598
X
255310
240150 250140 227670
241860 206730 200702
180932
El período 1994/95 no presenta datos.
Fuente [36].
Cronogramas de reducción de emisiones asociados a los planes de
descontaminación.
Fundición Chuquicamata: Debe cumplir con las normas de calidad de aire de
anhídrido sulfuroso aplicables al campamento de Chuquicamata a más tardar el 31 de
Diciembre de 1999.
Fundición Potrerillos:
Debe cumplir con las normas de calidad de aire de
anhídrido sulfuroso a partir del año 2003.
Fundición Hernán Videla Lira (Paipote): Debe cumplir con las normas de
calidad de aire para anhídrido sulfuroso a más tardar el 31 de Diciembre de 1999.
Fundición Ventanas: Debe cumplir conjuntamente con la planta termoeléctrica de
Chilgener, las normas de calidad de aire para anhídrido sulfuroso a más tardar el 30 de
Junio de 1999.
Fundición Caletones: Debe cumplir las normas de calidad de aire para anhídrido
sulfuroso a partir del año 2003.
Tabla III: Emisiones anuales de azufre entre los años 1993 y 2003 según el
decreto que aprueba el plan de descontaminación.
Potre
Pai
A
Chu
V
Cale
ñ
quica
rillos
pot
e
tones
(Salv
e
o
mata
n
(Ten
ador)
SO2
SO2
t
iente
(TM/
SO2
(T
a
)
(TM/
M/
año)
n
SO2
año)
mes
a
(TM/
)
s
S
O
año)
2
1
9
9
3
2520
00
1
9
9
4
2340
00
1
9
9
5
1980
00
1
9
9
6
1980
00
1
9
9
7
1980
00
1
9
9
8
1620
00
(1)
(2)
(
T
M
/
a
ñ
o
)
6
2
0
0
0
6
2
0
0
0
6
2
0
0
0
6
2
0
0
0
6
2
0
0
0
4
5
0
0
0
7500
00
1
9
9
9
C.N.
C.A.
3520
00
C
.
N
.
C
.
A
.
1000
C.N
2
00
.C.
0
A.
0
0
1000
2
00
0
0
1
2
1000
0
00
0
2
2
C.N.
0
C.A.
0
3
Fuente: Decreto que aprueba el plan de descontaminación.
(1) Meses de Junio, Julio y Agosto.
(2) Meses de Septiembre a Mayo.
C.N.C.A. : Cumplimiento de la normas primarias de calidad de aire.
Fuente [32].
4940
00
4940
00
2300
00
2300
00
C.N.
C.A.
Tabla IV: Balances Regionales del ácido sulfúrico en su caso base para el
período 1999-2006.
(miles de toneladas)
I REGION
Producción
Regional
Autoabastecimiento
Oferta Neta
Consumo Regional
Autoabastecimiento
Demanda Neta
Saldo Regional
II Región
Producción
Regional
Autoabastecimiento
Oferta Neta
Consumo Regional
Autoabastecimiento
Demanda Neta
S
Saldo Regional
III Región
Producción
Regional
Autoabastecimiento
Oferta Neta
Consumo Regional
Autoabastecimiento
Demanda Neta
Saldo Regional
IV a X Región
Producción
de
Regiones
Autoabastecimiento
Oferta Neta
Consumo
de
Regiones
Autoabastecimiento
Demanda Neta
Saldo
de
las
Regiones
Fuente [2].
Tabla V: Balances Regionales del ácido sulfúrico en su caso máximo para el
período 1999-2006.
(miles de toneladas)
I REGION
Producción
Regional
Autoabastecimiento
Oferta Neta
Consumo Regional
Autoabastecimiento
Demanda Neta
Saldo Regional
II Región
Producción
Autoabastecimiento
Oferta Neta
Consumo Regional
Autoabastecimiento
Demanda Neta
S
Saldo Regional
III Región
Producción
Regional
Autoabastecimiento
Oferta Neta
Consumo Regional
Autoabastecimiento
Demanda Neta
Saldo Regional
IV a X Región
Producción
de
Regiones
Autoabastecimiento
Oferta Neta
Consumo
de
Regiones
Autoabastecimiento
Demanda Neta
Saldo
de
las
Regiones
Fuente [2].
Tabla VI: Antecedentes para el caso base de las Regiones IV a X respecto al
ácido sulfúrico para el período 1999-2006.
(miles de toneladas)
IV REGION
Consumo
Demanda
V REGION
Producción
Oferta
Consumo
Demanda
REGION
METROPOLIT.
Producción
Oferta
Consumo
Demanda
VI REGION
Producción
Oferta
Consumo
VI a X REGIÓN
Demanda
VII a X REGION
Consumo
Fuente [2].
Tabla VII: Antecedentes para el caso máximo de las Regiones IV a X
respecto al ácido sulfúrico para el período 1999-2006.
(miles de toneladas)
IV REGION
Consumo
Demanda
V REGION
Producción
Oferta
Consumo
Demanda
REGION
METROPOLIT.
Producción
Oferta
Consumo
Demanda
VI REGION
Producción
Oferta
Consumo
VI a X REGIÓN
Demanda
VII a X REGION
Consumo
Fuente [2].
ANEXO E
“DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO”
Tabla I: Composición aproximada de un superfosfato triple concentrado.
COMPONENTE DEL
PORCENTAJE EN
SUPERFOSFATO TRIPLE
PESO
Total de P2O5
48
P2O5 insoluble en ácido cítrico
2
P2O5 disponible
46
P2O5 soluble en agua
44
CaO
21
Sulfatos
2
Flúor
2
Humedad
3
Acido libre
4
Fuente [10]
ANEXO F
“BALANCES DE MASA Y ENERGIA”
Balances de masa:
Tabla I: Análisis típico de roca fosfórica comercial.
RANGO
MEDIA
P2O5
29 – 38
33
CaO
46 – 54
51
SiO2
0,2 – 8,7
2
Al2O3 + Fe2O3
0,4 – 3,4
1,4
MgO
0,1 – 0,8
0,2
Na2O
0,1 – 0,8
0,5
CO2
0,2 – 7,5
4,5
F
2,2 – 4,0
3,7
Cl
0,0 – 0,5
<0,02
SO3
0,0 – 2,9
1
Razón de peso CaO/P2O5
1,35 – 1,70
1,5
Constituyentes
Fuente [10].
Tabla II. Aberturas nominales de las mallas.
TAMIZ BRITISH STANDARD
ABERTURA NOMINAL
Malla N°
µm
300
53
200
76
150
104
100
152
72
211
52
295
36
422
25
599
18
853
14
1204
10
1676
7
2411
5
3353
Fuente [6].
Tabla III. Balance General de Insumos de acuerdo a datos y supuestos teóricos.
KG POR TON DE P2O5
ITEM
1- P2O5 requerido de recuperarse el 94%
2- Kg de roca requeridos:
3- CaO presente en la roca:
4- CaO consumido por SO3 :
1064
1000
0,94
1064
0,33
3224
3224 ⋅ 0,51
1644
3224 ⋅ 0,01 ⋅ 56 80
22,6
0,033 ⋅ 1064
35,1
0,15 ⋅ 0,037 ⋅ 3224 ⋅ 56
19 ⋅ 2
26,4
5- CaO combinado con P2O5 en el filtro:
6- CaO combinado con flúor:
RECOBRADO
7- Total CaO que no reacciona con sulfato
84,1
8- CaO que reacciona con H2SO4:
1644 - 84,1
9- H2SO4 requerido para formar CaSO4:
1559 ⋅
Exceso de H2SO4:
1,5 ⋅ 1000
2729,8
98
56
50,0
30
Total H2SO4 requerido:
H2SO4 requerido basándose en CaO:
Fuente [10].
1559,9
2779,9
1644 ⋅ 98
56
2877
Tabla IV: Análisis típico del ácido fosfórico por vía húmeda.
COMPONENTES.
PROCESO HÚMEDO (%).
H3PO4
69 – 77
P2O5
50 – 56
Metales pesados
0,5 – 1,5
CaO
0,014 – 0,35
Fe2O3
0,86 – 2,30
Al2O3
0,3 – 2,45
Mg
0,0 – 0,8
H2SO4
1,0 – 5,6
SiO2
0,04 – 0,10
F
0,25 – 1,10
Fuente [10].
Balances de Energía.
Calores de reacción:
La reacción relacionada con la producción de ácido fosfórico a partir de
fluorapatita y ácido sulfúrico por medio del proceso dihidratado se puede representar por la
siguiente ecuación:
Ca10F2(PO4)6 (s) + 10H2SO4(liq) + 20H2O(liq) à 10CaSO4·2H2O(s) +2 HF(aq) + 6H3PO4(aq)
El calor de reacción puede ser calculado usando los calores de formación de los
reactantes y productos.
Compuesto
CALOR DE FORMACIÓN A 25°C [Kcal/gr*mol]
Ca10F2(PO4)6 (s)
3262,2
H2SO4(liq)
193,91
H2O(liq)
68,317
CaSO4·2H2O(s)
483,06
HF(aq)
75,56
H3PO4(aq)
308,25
Fuente [10].
El calor de reacción calculado es de 256,94 [Kcal/gr*mol] de apatita lo que
es equivalente a 600[Kcal/Kg] de P2O5. El calor requerido para aumentar la
temperatura desde 25°C hasta 82°C se calcula usando como datos Cp yeso = 0,272 y
Cp ácido fosfórico (30% P2O5) = 0,703. El resultado es 197 Kcal/Kg de P2O5. El
exceso de calor por tanto debe ser removido y equivale a 403 Kcal/Kg de P2O5.
Dicho calor puede utilizarse para calentar el agua de lavado.
Si se presenta más calcio (10 a 20%) en la roca del estequiométrico, éste
utilizará más ácido sulfúrico, lo cual se traduce en una cantidad adicional de calor al
formar yeso. Dicho calor aumenta el calor de reacción por kilo de P2O5 entre un 11
y 16%.
El HF presente en el sistema reacciona con sílice y genera ácido fluosilícico. Los
efectos térmicos de estas impurezas y de otras son difíciles de precisar.
El calor de reacción es afectado apreciablemente por la concentración de ácido
sulfúrico como muestra la siguiente tabla:
CONCENTRACIÓN
CALOR DE REACCIÓN
EXCESO DE CALOR A
% H2SO4
A 25°C
DISIPAR
[Kcal/gr*mol] de apatita
[Kcal/Kg] de P2O5
100
256,94
403
98
247,54
385
93
224,54
329
90
211,54
299
85
191,94
253
80
174,24
211
75
160,74
180
Fuente [10].
Si las condiciones son tales que el sulfato de calcio cristaliza en forma
deshidratada o hemihidratada en vez de yeso, el exceso de calor disipado es 100
Kcal/Kg de P2O5 menor que los valores antes señalados.
ANEXO G
“INVERSIONES”
I - INVERSIONES EN EQUIPOS DE PROCESO.
I.1 Planta de Chancado
PRECIO
NÚMERO DE VALOR TOTAL
ITEM
CAPACIDAD
UNITARIO
UNIDADES
US$, FOB
US$, FOB
Tolva
almacenamiento
Chancador
primario
Molino Bolas
30 ton/hr
1310
1
1310
80 ton/hr
60600
1
60600
66 ton/hr
142240
1
142240
Alimentadores
50 ton/hr
2810
1
2810
50 ton/hr
4200
1
4200
D = 19,2”
28450
2
56900
34140
2
68280
5790
1
5790
Correas
Transportadoras
L = 15 mts
D = 19,2”
L = 20 mts
Harneros
Vibratorios
Total FOB
10,8 ft2
342.130
Se calcula el costo final de la planta agregando un 15% por costo de transporte y
seguros (CIF), 10% por retiro de aduanas y 18 por IVA, todo sobre el costo FOB. El valor
final es:
Costo final = Costo FOB * 1,15 * 1,1 * 1,18 =US$ 510.697
I.2 Proceso Húmedo de obtención de ácido fosfórico.
PRECIO
NÚMERO DE VALOR TOTAL
ITEM
CAPACIDAD
UNITARIO
UNIDADES
US$, FOB
US$, FOB
Reactor
V = 661 m3
67820
2
135640
Potencia 15 HP
13010
20
260200
Potencia 50 HP
26700
2
53400
485 ft2
489130
2
978260
191030
1
191030
Agitadores de
Turbina con
motor, acero
316
Filtro
vacío
de
Evaporador
tubos largos
41 m2
2
(441 ft )
Karbate
D&O 3” x 3”
12800
1
12800
10970
3
32910
1850
1
1850
28450
1
28450
4570
1
4570
8540
1
8540
2130
1
2130
7110
1
7110
4270
1
4270
10 x 8 x 13
HOC
Lee
–
Howl
centrífuga
Wallace,
diafragma
3 x 2 x 8 HOC
Alfa l.
Bombas
Centrífuga 8HP
Alfa l.
Centrífuga 1,5
HP
D&O
diafragma 3HP
D&O
Diafragma
1,1HP
Estanques
2 x2 mts
13920
1
13920
cilíndricos
2,5 x 2,5 mts
16000
1
16000
TOTAL FOB
1.751.080
Costo final = valor FOB * 1,15 * 1,1 * 1,18 = US$ 2.613.837
I.3 Planta de Obtención del Fertilizante.
PRECIO
NÚMERO DE VALOR TOTAL
ITEM
CAPACIDAD
UNITARIO
UNIDADES
US$, FOB
US$, FOB
Mezclador cónico
20 ton/hr
3280
1
3280
Báscula
20 ton/hr
1970
1
1970
20 ton/hr
1640
1
1640
D = L = 0,6
m
4920
1
4920
22210
1
22210
16380
1
16380
L = 45 m
96640
1
96640
Harneros
48,5 ft2
49790
1
49790
Vibratorios
33 ft2 x 16 ft2
22480
1
22480
Bolas 5 x 8 pies
140860
1
140860
41000
1
41000
Alimentador de
Tolva y tornillo
Desintegrador
tipo jaula
D = 0,6 m,
L = 12 m
Correas
D = 0,5 m,
Transportadoras
L = 10 m
D = 0,76 m,
Molinos con
Jaula
motor
30 pulgadas
Granulador
cilíndrico con
D = 2 mts
L = 8 mts
motor
10 x 6x
61/4 pulg
elev c. 75 pies.
Elevador de
16051
1
32102
11470
2
22940
13110
2
26220
12 x 7 x 71/4
capacho, descarga
centrifuga
pulg
elev c. 25 pies.
Secador rotatorio
D = 2,7 mts
completo
L = 23 mts
343500
1
343500
V =13 m3
27770
1
27770
Horno de
combustión
Total FOB
853.702
Costo final = FOB * 1,15 * 1,1 * 1,18 = US$ 1.274.321
II Costos Directos E indirectos de la planta.
Inversiones en infraestructura, servicios y otros.
1) Planta de chancado:
Costo Directo:
1) Costo de equipos instalados: El costo de equipos instalados corresponde al costo
final de equipos más un 30% por concepto de instalación: US$ 663.906
2) Obras Civiles: Stockpile fina y gruesa: US$ 111.000
Resto obras civiles. Construcción, tuberías y desagües: 10% del costo (ya que es
planta de sólidos) de equipos: US$ 51.070
3) Instrumentación: Se considera como un 15% del costo de equipos instalados:
US$ 99.586
4) Aislación: 10% del valor de las cañerías de proceso: US$ 5107
5) Pinturas y terminaciones: 2% del costo de equipos instalados: US$ 13.278
6) Instalación eléctrica: 10% del costo de los equipos instalados: US$ 66.391
7) Instalaciones auxiliares: 40% del valor del equipo sin instalar: US$ 204.279
8) Edificios y servicios: 25% del valor de los equipos sin instalar: US$ 127.674
Total costo físico de la planta o directo: US$ 1.342.291
Costo Indirecto:
1) Terreno: 6% del valor del equipo sin instalar: US$ 30.642
2) Ingeniería: Se considera como un 17% del costo directo: US$ 228.189
3) Contingencias: Representa un 25% del costo directo: US$ 335.573
4) Construcción: corresponde a los honorarios de los contratistas y se estima en un
10% del costo físico de la planta: $US 134.229
Costo indirecto o no depreciable: US$ 728633
El costo total de la planta o capital fijo se estima en la suma del costo directo y el
indirecto: US$ 2.070.924
2) Planta de ácido fosfórico.
Costo Directo:
1) Costo de equipos Instalados: costo final de equipos más un 30% por concepto de
instalación: US$ 3.397.988
2) Tubería de proceso: Corresponde a un 30% del costo de equipos instalados:
US$ 1.019.396
3) Instrumentación: Se considera como un 15% del costo de equipos instalados:
US$ 509.698
4) Aislación: corresponde a un 20% del valor de las tuberías: US$ 203.879
5) Edificios: un 30% del costo de equipos sin instalar: US$ 784.151
6) Pintura y terminaciones: corresponde al 2% del costo de los equipos instalados:
US$ 67.960
7) Servicios auxiliares: Se considera como un 55% del costo de equipos.
Contempla servicios de distribución de vapor, agua, electricidad y aire
comprimido; instalaciones contra incendios; comunicaciones; calderas; etc:
US$ 1.437.610
8) Líneas de suministros externos a la planta: Las líneas serán de una longitud
intermedia, por lo tanto la inversión será del orden de un 12% del costo de
equipos instalados: US$ 407.758
El costo físico de la planta es por tanto: US$ 7.828.440
Costo Indirecto:
1) Ingeniería de Proyecto: Se considera una inversión del 15% del costo directo de
la planta: US$ 1.174.266
2) Terreno: se estima en un 6% del costo de los equipos sin instalar: US$ 156.830
3) Imprevistos: Por imprevistos se considera una inversión del 20% del costo
directo de la planta: US$ 1.565.688
4) Construcción: honorarios de los contratistas, se estima en un 10% del costo total
de la planta: US$ 782.844
El costo indirecto por tanto asciende a la suma de US$ 3.679.628
El costo total de esta planta es por tanto la suma del costo físico y el costo indirecto,
lo cual da como cifra: US$ 11.508.068
3) Planta S.F.T.
Costo Directo:
1) Costo de equipos instalados: Esta inversión corresponde al costo final de los
equipos mas un 30% por concepto de instalación: US$ 1.656.617
2) Tubería de proceso: Dado que las corrientes de flujo son esencialmente sólidos,
se asigna un 7% del costo del ítem anterior a esta inversión. US$ 115.963
3) Instrumentación: Para la planta totalmente automática se considera este costo
como un 15% del primer ítem: US$ 248.493
4) Aislación: se considera como un 20% del valor de las cañerías: US$ 23.193
5) Obras civiles: La inversión en obras civiles y construcción se asume como un
60% del primer ítem: US$ 993.970
6) Pinturas y terminaciones: equivale al 2% del costo de los equipos instalados:
US$ 33.132
7) Instalación eléctrica: se estima en un 2% del costo de los equipos instalados:
US$ 165.662
8) Servicios auxiliares: Se debe considerar servicios y edificios; se estima en un
30% del valor de los equipos sin instalar: US$ 382.296
9) Instalaciones auxiliares: Se estima en un 40% del costo de equipos sin instalar:
US$ 509.728
10)
Pavimentación y urbanización: 13% del costo de los equipos sin instalar:
US$ 165.661
11)
Líneas de suministros externos a la planta: Se considera como un 15% del
ítem 1: US$ 248.493
El costo físico o depreciable asciende a: US$ 4.543.208
Costo Indirecto:
1) Ingeniería de Proyecto: dado que una planta de este tipo es relativamente
sencilla, el costo por ingeniería y construcción se estima en un 15% del costo
directo: US$ 681.481
2) Imprevistos: Se consideran como un 20% del costo directo. US$ 908.642
3) Terreno: se estima en un 6% del costo de los equipos sin instalar: US$ 76.459
4) Construcción: honorarios de los contratistas, se estima en un 10% del valor de la
obra: US$ 454.321
El costo indirecto de esta planta es entonces: US$ 2.120.903
Luego el costo total de esta planta es la suma del costo directo e indirecto de ella:
US$ 6.664.111
III Capital de Trabajo.
Se calcula como la suma de los siguientes ítems:
1. Inventario de Materias Primas.
1.1. Acido Sulfúrico
Consumo Mensual
= 15223 TON (al 98%)
Precio Estimado
= US$ 30 / TON
Costo Mensual
= US$ 456.690
1.2. Roca Fosfórica
Consumo Mensual
= 27.180 TON
Precio Estimado
= US$ 30 /TON
Costo Mensual
= US$ 815.400
Total Costo Materias primas
= US$ 1.272.090
2. Inventario de Materias en Proceso.
Criterio: Una semana a costo de producción.
Producción semanal
= 4798,1
Costo de Producción
= US$ 156,79
Costo de Inventarios de materias en proceso
3. Inventario de Productos Terminados.
Criterio : Un mes a costo de producción.
Producción mensual
= 20563,2 TON
= US$ 752.294
Costo de Producción
= US$ 156,79
Costo de inventario de productos terminados
= US$ 3.224.104
4. Dinero para cubrir créditos.
Criterio: Un mes de productos a precio de venta.
Producción mensual
= 20.563 TON
Precio Internacional
= 218 US$/TON (Precio mayorista, Agosto 2000)
Dinero para cubrir créditos
= US$ 4.482.734
5. Efectivo de caja.
Se refiere a gastos de salarios, materias primas y suministros.
Criterio: Un mes a precio de costo.
5.1. Salarios.
Un mes de sueldos y salarios
= US$ 60.888
(Este valor se detalla en el capítulo 8)
5.2. Materias Primas.
Costo de materias primas
5.3. Suministros.
5.3.1. Energía Eléctrica.
= US$ 1.272.090
Consumo Mensual = 1.300.000 KWH/mes
Precio
= 0,07 US$/KWH
Costo de energía eléctrica
= US$ 91.000 / mes
5.3.2. Agua de proceso.
3
Consumo Mensual = 37.440 m /mes
Precio
= 2 US$/ m
Costo de agua de proceso
3
= US$ 74.880 /mes
5.3.3. Fuel Oil N°5
Consumo Mensual
= 270 ton/mes
Precio
= US$ 312 /ton
Costo del Fuel Oil
= US$ 84.240
5.3.4. Vapor de agua
Consumo Mensual
= 15.069 TON / mes
Precio
= US$ 15 / TON
Costo de vapor de agua
= US$ 226.035 / mes
5.3.5 Envases
Consumo mensual
= 19.135,2 ton
Precio
= 10 US$/ ton
Costo mensual
= US$ 191.352
5.3.6 Otros productos químicos:
Consumo mensual
= 33,3 ton
Precio
= US$ 5.000/ ton
Costo mensual
= US$ 166.667
5.3.7 Traslado del ácido
Consumo mensual
= 15.223
Precio traslado a planta
= US$ 10 / ton
Costo traslado mensual
= US$ 152.230
5.3.8 Traslado de la roca (llegada a puerto y envío a planta):
Consumo mensual
= 27.180
Precio traslado a planta
= US$ 17 / ton
Costo traslado mensual
= US$ 462.060
5.3.9 Eliminación de desechos:
Consumo mensual
= 28.836
Precio
= US$ 1/ ton
Costo mensual
= US$ 28.836
5.3.10. Resumen de efectivos de caja.
ITEM
COSTO (US$/MES)
60.888
Salarios
6.
Materias Primas
1.272.090
Suministros
1.477.300
Efectivo en Caja
2.810.278
Resumen de capital de trabajo.
ITEM
COSTO (US$)
Inventario de Materias Primas
1.272.090
Inventario de Materias en proceso
752294
Inventario de Productos terminados
3.224104
Dinero para cubrir créditos
4.482.734
Efectivos de caja
2.810.278
Capital de trabajo
12.541.500
IV Resumen de Inversiones.
ITEM
COSTO (US$)
Activo Inmovilizado
13.713.939
Activo Nominal
6.529.164
Capital de Trabajo
12.541.500
TOTAL DE INVERSIONES
32.784.603